CANopen 基本原理及其应用（四）——CANopen报文语法

1、 NMT报文

1.1、NMT模块控制（NMT Module Control）

只有NMT-Master节点能够传送NMT ModuleControl报文。所有从设备必须支持NMT模块控制服务。NMT Module Control消息不需要应答。NMT消息格式如下：

NMT-Master→NMT Slave



当Node-ID=0，则所有的NMT从设备被寻址。CS是命令字，可以取如下值：



1.2、MNT节点保护（NMT Node Guarding）

通过节点保护服务，MNT主节点可以检查每个节点的当前状态，当这些节点没有数据传送时这种服务尤其有意义。

NMT-Master节点发送远程帧（无数据）如下：

NMT-Master→NMT Slave



NMT-Slave节点发送如下报文应答：

NMT Slave→NMT-Master



数据部分包括一个触发位（bit7），触发位必须在每次节点保护应答中交替置“0”或者“1”。触发位在第一次节点保护请求时置为“0”。位0到位6（bits0～6）表示节点状态，可为下表中的数值。



注意：带*号的状态只有支持扩展boot-up的节点才提供。注意状态0从不在节点保护应答中出现，因为一个节点在这个状态时并不应答节点保护报文。

或者，一个节点可被配置为产生周期性的被称作心跳报文（Heartbeat）的报文。

HeartbeatProducer→Consumer(s)



状态可为下表种的数值：



当一个Heartbeat节点启动后它的Boot-up报文是其第一个Heartbeat报文。Heartbeat消费者通常是NMT-Master节点，它为每个Heartbeat节点设定一个超时值，当超时发生时采取相应动作。

一个节点不能够同时支持Node Guarding和Heartbeat协议。

1.3、NMT Boot-up

NMT-slave节点发布Boot-up报文通知NMT-Master节点它已经从initialising状态进入pre-operational状态。

NMT Slave→NMT-Master



2、过程数据对象（PDO）

作为一个例子，假定第二个transmit-PDO映射如下（在CANopen中用对象字典索引0x1A01描述）：



在CANopen I/O模块的设备子协议（CiA DSP-401）定义中，对象0x6000子索引2是节点的第2组8位数字量输入，对象0x6401子索引0x01是节点的第1组16位模拟量输入。

这个PDO报文如果被发送(可能由输入改变，定时器中断或者远程请求帧等方式触发，和PDO的传输类型相一致，可以在对象0x1801子索引2中查找)，则由3字节数据组成，格式如下：

PDO-producer→PDO-consumer(s)



通过改变对象0x1A01的内容，PDO的内容可被改变（如果节点支持（可变PDO映射））。

注意在CANopen中多字节参数总是先发送LSB（little endian）。

不允许超过8个字节的数据映射到某一个PDO中。

在CANopen Application Layer andCommunication Profile （CiA DS 301 V 4.02 ）中定义了MPDO(multiplexorPDO)，允许一个PDO传输大量变量，通过在报文数据字节中包含源或目的节点ID、OD中的索引和子索引来实现。举个例子：如果没有这个机制，当一个节点有64个16位的模拟通道时，就需要16个不同的Transmit-PDOs来传送数据，

3、服务数据对象（SDO）

SDO用来访问一个设备的对象字典。访问者被称作客户 (client)，对象字典被访问且提供所请求服务的CANopen设备别称作服务器(server)。客户的CAN报文和服务器的应答CAN报文总是包含8字节数据（尽管不是所有的数据字节都一定有意义）。一个客户的请求一定有来自服务器的应答。

SDO有2种传送机制：

◆加速传送（Expedited transfer）：最多传输4字节数据

◆分段传送（Segmented transfer）：传输数据长度大于4字节

SDO的基本结构如下：

Client→Server /Server→Client



（**最大4字节数据(expeditedtransfer)或4字节字节计数器（segmented transfer）或关于blocktransfer参数)

或者

Client→Server /Server→Client



SDO 命令字包含如下信息：

◆下载/上传（Download / upload）

◆请求/应答（Request /response）

◆分段/加速传送（Segmented / expedited transfer）

◆CAN帧数据字节长度

◆用于后续每个分段的交替清零和置位的触发位（toggle bit）

SDO中实现了5个请求/应答协议：启动域下载（Initiate Domain Download），域分段下载（DownloadDomain Segment），启动域上传（Initiate Domain Upload），域分段上传（Upload Domain Segment）和域传送中止（Abort Domain Transfer）。

在CANopen通讯协议的最新版本中，引入了一种新的SDO传送机制：

块传送（Block transfer）：当传送数据长度大于4字节时，多个分段只由1个确认报文应答（如果是下载，则由服务器启动传送，如果是上传，则由客户启动传送）以增加总线吞吐量。

相应的协议为：启动块下载（Initiate Block Download），块分段下载（Download Block Segment），块下载结束（End BlockDownload），启动块上传（Initiate Block Upload），块分段上传（UploadBlock Segment）和块上传结束（End Block Upload）。

下载（Download）是指对对象字典进行写操作，上传（Upload）指对对象字典进行读操作。

下面给出几个例子说明如何使用SDO来访问一个节点的对象字典。

使用下面的SDO消息，值0x3FE将写到节点ID为2的对象字典中索引为0x1801，子索引为3的对象中去，使用启动域下载协议，加速传输（2字节数据）

Client→Server (节点#2)



使用下面的SDO消息，同样的对象字典中索引为0x1801，子索引为3的对象将被读出，使用启动域上传协议，服务器使用加速传输方式应答（2字节数据）：

Client→Server(节点＃2)



4、应急指示对象(EmergencyObject)

应急指示报文由设备内部出现的致命错误触发，由相关应用设备已最高优先级发送到其它设备。适用于中断类型的错误报警信号。

一个应急报文由8字节组成，格式如下：

sender→receiver(s)



6进制的应急错误代码如下表3-5所示。应急错误代码中‘xx’部分由相应的设备子协议定义。

应急错误代码（16进制）



错误寄存器(Error Register)在设备的对象字典（索引0x1001）中，表3-6说明了错误寄存器的位定义。设备可以将内部错误映射到这个状态字节中，并可以快速查看当前错误



制造商特定错误区域可能包含与设备相关的其它的错误信息