適用于標(biāo)準(zhǔn)化嵌入式網(wǎng)絡(luò)，CANopen有什么不同？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）CANopen是一種架構(gòu)在控制局域網(wǎng)絡(luò)CAN上的高層通信協(xié)議，包括通信子協(xié)議及設(shè)備子協(xié)議，常在嵌入式系統(tǒng)中使用，也是工業(yè)控制常用到的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。

在CAN的基礎(chǔ)上，CANopen定義了應(yīng)用層的通信規(guī)則，因此特別適用于需要標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備配置和網(wǎng)絡(luò)管理的嵌入式網(wǎng)絡(luò)。

CANopen協(xié)議簡(jiǎn)介

1994年發(fā)布的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898-2定義了CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，CANopen在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了更上層的協(xié)議，隨后在工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

CANopen實(shí)現(xiàn)了OSI模型中的網(wǎng)絡(luò)層以上（包括網(wǎng)絡(luò)層）的協(xié)定，包括尋址方案、數(shù)個(gè)小的通訊子協(xié)定及由設(shè)備子協(xié)定所定義的應(yīng)用層。因此，CANopen和CAN屬于兩種不同的通信協(xié)議，CAN是底層通信協(xié)議，CANopen則屬于CANBUS，也就是CAN總線的一種高層協(xié)議，提供了設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等更高層次的功能。

CAN和CANopen功能層的差異感受是最直觀的，CANopen提供的高級(jí)通信功能包括網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）、服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象（SDO）傳輸、過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PDO）傳輸?shù)?，適用于工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、船舶等復(fù)雜系統(tǒng)中需要多設(shè)備協(xié)調(diào)的應(yīng)用。

發(fā)展至今，CANopen已經(jīng)定了非常多的高級(jí)協(xié)議，最重要的是CiA DS（Device Specification）和DS301/DS302標(biāo)準(zhǔn)。其中，DS301定義了CANopen協(xié)議的基本特性，而DS302定義了CANopen設(shè)備的特定要求。

另外，CANopen也引入了一些關(guān)鍵的技術(shù)細(xì)節(jié)。比如，對(duì)象字典（Object Dictionary）是CANopen里面的關(guān)鍵組件，CANopen、設(shè)備都需要具備對(duì)象字典，用來(lái)設(shè)定設(shè)備組態(tài)及進(jìn)行非即時(shí)的通訊。對(duì)象字典中每一個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)于一個(gè)16bit索引和8bit子索引（部分對(duì)象沒(méi)有子索引，或者認(rèn)為子索引為0），其屬性包括是否可讀以及是否可寫，對(duì)象字典的長(zhǎng)度可以是8bit、16bit和32bit。另外，對(duì)象字典不僅包含了設(shè)備的配置參數(shù)，還包含了設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤歷史記錄等。

再比如過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PDO），用于快速訪問(wèn)對(duì)象字典，其作用和SDO類似，只是實(shí)現(xiàn)方法不同。SDO在每次發(fā)送報(bào)文時(shí)，都需要指定需要讀寫的對(duì)象字典的索引和子索引，以靈活地對(duì)任意對(duì)象字典進(jìn)行訪問(wèn)，同時(shí)SDO應(yīng)答報(bào)文保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

另外，CANopen的技術(shù)細(xì)節(jié)還包括SDO報(bào)文需要應(yīng)答、NMT網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、SDO通信等。

CANopen解決方案

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，CANopen主要用于工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)備通信和控制。目前，CANopen的軟硬件方案可選項(xiàng)非常多。

首先看一下虹科HK的SYS TEC CANopen Chip F40 - CANopen芯片，是一款即插即用，高性價(jià)比的單板計(jì)算機(jī)內(nèi)含最新預(yù)先編程的CANopen固件。CANopen Chip F40提供簡(jiǎn)單和高性價(jià)比的DIP40連接器形成接口，可接入目標(biāo)外設(shè)并且能把CANopen芯片轉(zhuǎn)換成通用的通訊接口。工程師可以基于CANopen芯片F(xiàn)40實(shí)現(xiàn)CANopen從站設(shè)備，依據(jù)CANopen設(shè)備子協(xié)議401和CANopen通訊子協(xié)議301 V4.02。兩個(gè)LED指示設(shè)備狀態(tài)，依據(jù)303-3 V1.0。

再看一下西威迪的CANopen絕對(duì)值工業(yè)編碼器SAS/M58。采用了高精確的磁式感應(yīng)技術(shù)，支持單圈或多圈編碼器，通過(guò)CANopen總線進(jìn)行通信，最高傳輸速率可達(dá)1MHz。此外，該編碼器還支持額外增加增量信號(hào)TTL或HTL輸出，使得信號(hào)輸出更加豐富。在分辨率方面，單圈分辨率最高可達(dá)21位，多圈圈數(shù)高達(dá)14位，具有超強(qiáng)的抗沖擊和抗振動(dòng)能力，防護(hù)等級(jí)高達(dá)IP68。同時(shí)，該編碼器還具備反短接和短路保護(hù)功能，有效降低了安裝錯(cuò)誤對(duì)編碼器的影響。特別需要指出的是，SAS/M58是百分百國(guó)產(chǎn)化的。

然后看一下廣成科技CANOPEN定制網(wǎng)關(guān)GCAN-IO 系列產(chǎn)品是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線 IO 模塊，該模塊是標(biāo)準(zhǔn)的從站設(shè)備，其使用CANopen或Modbus協(xié)議與主站設(shè)備通信，用戶可使用CANopen或Modbus主站設(shè)備控制GCAN-IO模塊的數(shù)字/模擬量輸出狀態(tài)，還可以使用主站實(shí)時(shí)讀取該模塊的數(shù)字/模擬量輸入狀態(tài)。

當(dāng)然，只有硬件還不夠，要想用好CANopen，還需要軟件的配合。在實(shí)踐中，將使用適當(dāng)?shù)能浖ぞ吲渲?管理復(fù)雜的CANopen網(wǎng)絡(luò)。目前，網(wǎng)絡(luò)上有非常多的免費(fèi)的CANopen軟件工具，同時(shí)虹科HK等公司也會(huì)專門提供開發(fā)工具和軟件包。

結(jié)語(yǔ)

CANopen在CAN的基礎(chǔ)上定義了更高級(jí)的功能，包括網(wǎng)絡(luò)管理（NMT）、服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象（SDO）傳輸、過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PDO）傳輸?shù)?，也引入了SDO報(bào)文需要應(yīng)答、NMT網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、SDO通信等技術(shù)細(xì)節(jié)，因而非常適用于標(biāo)準(zhǔn)化嵌入式網(wǎng)絡(luò)。