基于DSP的CANopen通訊協(xié)議的實現(xiàn)

1 引言

CANopen是一個開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用層協(xié)議，在各種控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。依靠CANopen協(xié)議的支持，可以對不同CAN廠商的設(shè)備通過總線進行實時通訊。

本文針對自主研發(fā)的全數(shù)字電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)，使用CANopen通訊協(xié)議實現(xiàn)了CAN總線數(shù)字信號處理器（DSP）系統(tǒng)與上位機CAN卡之間的通訊，并通過測試實驗驗證了信息傳遞的可靠性，保證了全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化伺服驅(qū)動系統(tǒng)中對電機控制的快速性、準(zhǔn)確性和實時性。

2 通訊系統(tǒng)實現(xiàn)的基本原理

2.1 LF240x系列DSP的CAN控制器模塊

LF240x系列DSP的CAN控制器模塊，是一個完全的CAN控制器。具有以下特性[6]：

（1）完全支持CAN2.0B協(xié)議；

（2）對象有6個郵箱，用于接收和發(fā)送信息，其數(shù)據(jù)長度為0～8個字節(jié)；

（3）可編程的中斷配置，位定時器及CAN總線喚醒功能；

（4）當(dāng)發(fā)送出現(xiàn)錯誤或仲裁丟失數(shù)據(jù)時，CAN控制器有自動重發(fā)功能；

（5）總線錯誤自診斷功能；

（6）支持自測試模式。

2.2 CANopen協(xié)議

CANopen協(xié)議以CAN芯片為硬件基礎(chǔ)，有效利用CAN芯片所提供的簡單通信功能區(qū)實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜應(yīng)用層協(xié)議要求。應(yīng)用中應(yīng)該注意以下幾個方面的內(nèi)容：

2.2.1 對象字典OD（Object Dictionary）

OD是CANopen協(xié)議的核心概念[1]，它是一個有序的對象組，每個對象用一個16位的索引值和一個8位的子索引尋址。CANopen網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都有一個OD，包含了描述這個設(shè)備和它的網(wǎng)絡(luò)行為的所有參數(shù)。

2.2.2 CANopen 標(biāo)識符

CANopen定義了強制性的缺省標(biāo)識符（COB-ID）分配表。它是基于11位的CAN-ID，包括4位功能段（Function Code）和7位地址段（Node-ID），如圖1所示。文獻[1]中給出了CANopen預(yù)定義主/從連接集CAN標(biāo)識符分配情況。



2.2.3 CANopen通訊機制

CANopen通訊模型定義了四種報文（通訊對象）[1]：

1） 管理報文NMT(Network Management)

用于網(wǎng)絡(luò)中主節(jié)點對從節(jié)點監(jiān)控和管理。此消息不需要應(yīng)答。NMT消息格式如表1所示。



2）服務(wù)數(shù)據(jù)對象SDO(Service Data Object)

SDO通過使用索引和子索引來訪問一個設(shè)備的OD。協(xié)議屬于確認服務(wù)類型。根據(jù)傳送數(shù)據(jù)的長度不同，有兩種傳送機制：加速傳送（最多4字節(jié)）和分段傳送（大于4字節(jié)）。發(fā)送和應(yīng)答報文總是包含8字節(jié)信息，基本結(jié)構(gòu)如表2所示：


3） 過程數(shù)據(jù)對象PDO(Process Data Object)

用于傳輸正常網(wǎng)絡(luò)操作中的實時數(shù)據(jù)。每個PDO在OD中用2個對象描述：PDO通訊參數(shù)和PDO映射參數(shù)。在此舉例說明PDO的使用方法。假設(shè)第二個發(fā)送PDO映射如表3所示，如果這個報文被發(fā)送，則由3字節(jié)組成，報文結(jié)構(gòu)如表4所示。