現(xiàn)場總線CANopen學習總結(jié)筆記三---基本原理和通信對象

主要包含知識點基本原理、通信對象、對象字典、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)、CAN標識符分配、節(jié)點ID分配。

這篇筆記主要是先記錄基本原理和通信對象。

4.1基本原理

為了便于統(tǒng)一觀察CANopen設備，我們引入一種基本的設備模型，其包含：通信單元、應用過程、對象字典。

通信單元由CAN收發(fā)器、CAN控制器和CANopen協(xié)議棧組成，協(xié)議棧中包括通信對象（PDO和SDO）和狀態(tài)機。

對象字典是應用單元與通信單元之間的接口，實際上是設備的所有參數(shù)列表。

CANopen協(xié)議中定義了3種不同類型的通信關(guān)系：分別為主機-從機模型、客戶端-服務端模型以及生產(chǎn)者-消費者模型。

主機-從機模型僅用于網(wǎng)絡管理（NMT），每組主機-從機模型都需要一個CAN標識符。

客戶端-服務器描述的是兩個設備之間的通信關(guān)系。需要兩個CAN標識符，只用于SDO通信。

生產(chǎn)者-消費者模型描述一個生產(chǎn)者和一個或多個消費者的一對多通信關(guān)系，只需要一個CAN標識符。

4.2通信對象

CANopen應用層詳細描述了各種不同類型的通信對象（COB），分4種類型：

過程數(shù)據(jù)對象（PDO）

服務數(shù)據(jù)對象（SDO）

預定義對象

網(wǎng)絡管理對象

過程數(shù)據(jù)對象（PDO）：

1.通信參數(shù)

通信參數(shù)用來描述PDO特性。通信參數(shù)按照定義好的地址保存在設備對象，用戶可以通過服務數(shù)據(jù)對象對通信參數(shù)進行訪問。

通信參數(shù)記錄有5個可用的子條目：COB標識符、傳輸類型、禁止時間、事件計數(shù)器和同步初始值。前兩項為必選。

2.PDO的CAN標識符

COB標識符（COB-ID）位于通信參數(shù)的子索引01h上，COB標識符是一個32位值，0~10位是CAN標準幀標識符。只有在預操作狀態(tài)下才能對PDO的COB標識符進行訪問。

3.PDO鏈路

如果使用生產(chǎn)者-消費者模型在不可編程的NMT從機之間直接進行數(shù)據(jù)交換，用戶還必須為這些從機配置適當?shù)腃AN標識符，使生產(chǎn)者的CAN標識符和消費者的CAN標識符一致，這種方法叫做PDO鏈路。

4.PDO的通信類型

PDO的通信類型有事件驅(qū)動、遠程請求或輪詢、同步傳輸。

事件驅(qū)動是當輸入值發(fā)生改變的時候，數(shù)據(jù)立即被發(fā)送出去。

PDO通信參數(shù)索引02h為PDO傳輸類型，其定義了觸發(fā)TPDO傳輸或處理收到的RPDO的方法。

傳輸類型有0，1~240，241~251，252，253，254、255。書中的表4.2PDO傳輸類型“×”表示選中的類型，而并非是不支持的意思。

5.禁止時間和事件計時器

禁止時間（子索引03h）的功能相當于PDO發(fā)送過濾器，在PDO輸入數(shù)據(jù)第一次變化時，無等待地直接發(fā)送該PDO數(shù)據(jù)，之后PDO輸入數(shù)據(jù)再發(fā)生變化時就不會立即觸發(fā)PDO發(fā)送。禁止時間可以避免PDO占用全部總線帶寬，從而妨礙發(fā)送最低優(yōu)先級的PDO。

子索引（05h）為異步PDO傳輸設置一個事件計時器。

子索引06h（同步初始值）定義了同步計數(shù)器的初始值，在傳輸同步信息時，同步計數(shù)器不斷遞增以進行同步。

6.PDO通信的優(yōu)化

在優(yōu)化中具有決定性意義的是保留足夠的總線帶寬可供其他功能使用。

需要注意PDO通信的優(yōu)缺點，總線負載，“浪涌”的概念，其中總線負載是指多個循環(huán)范圍內(nèi)的CAN總線占有率的平均值。

另外，還有一個相當重要的PDO通信參數(shù)---PDO映射參數(shù)。PDO映射參數(shù)包含指向PDO需要發(fā)送的過程數(shù)據(jù)的指針（利用索引和子索引表示）。那么說明索引與子索引的組合就是一個指針，應該可以這樣理解。

PDO映射參數(shù)的子索引00h表示的是映射對象的數(shù)量。

所有映射過程參數(shù)的最大長度都不能超過8字節(jié)，分為靜態(tài)PDO映射、可變PDO映射、動態(tài)PDO映射。其中靜態(tài)PDO無法修改，可變PDO可以修改，不過要遵守修改方法。

而動態(tài)PDO映射是指設備處于操作狀態(tài)時，對其進行PDO配置。

7.復用PDO

MPDO融合了PDO和SDO的主要特性，其指定了地址（索引和子索引）的過程數(shù)據(jù)將通過一個獨有的CAN消息以高速廣播的方式傳播。

(11.28)

其中有兩個尋址方式，一個是源模式尋址，一個是目標模式尋址。主要應用領(lǐng)域一是通過傳輸過程數(shù)據(jù)地址實現(xiàn)傳輸任意數(shù)量的數(shù)據(jù)，無需設置PDO。二是群發(fā)消息。

優(yōu)點：MPDO映射記錄子索引值為255，而普通PDO在0~64之間。

缺點：需要更多的帶寬。

總結(jié)一個：PDO是用來傳輸實時數(shù)據(jù)。

4.2.2服務數(shù)據(jù)對象SDO

CANopen設備為用戶提供了一種訪問內(nèi)部設備數(shù)據(jù)的標準途徑，設備由一種固定的結(jié)構(gòu)（對象字典）管理。對象字典的條目可以通過服務數(shù)據(jù)對象(SDO)來訪問，由此需要成對的SDO服務器和客戶端。SDO之間的數(shù)據(jù)交換通常都是由SDO客戶端發(fā)起的，這好比是對象字典是在一間房子里面的管家，SDO服務器是門禁系統(tǒng)，SDO客戶端是郵遞員，當有郵遞員來的時候，會發(fā)起門鈴以告訴門禁要來送信（數(shù)據(jù)）。

SDO之間交換至少需要兩個CAN報文才能實現(xiàn)，而且兩個CAN報文的CAN標識符不能一樣。一個CAN標識符為節(jié)點地址（有服務器的設備）+1536（600h）的CAN報文用于確定的協(xié)議信息。一個CAN標識符為節(jié)點地址（有服務器的設備）+1408（580h）的CAN報文來應答。

SDO傳輸有三個類型：加速SDO傳輸、分段SDO傳輸、塊傳輸。

加速SDO傳輸適用于：傳輸數(shù)據(jù)不超過4字節(jié)，所以整個傳輸過程只需要2條CAN報文。傳輸效率為0.0625~0.25。

分段SDO傳輸適用于：超過4字節(jié)的傳輸數(shù)據(jù)。傳輸效率為0.218~0.432。

為了彌補這一不足，引入一種擴展SDO傳輸方式，效率更高，速度更快，傳輸量更大------塊傳輸。其中塊傳輸進行寫操作和讀操作有所不同，不過兩者都要求有較高的緩沖能力，否則會發(fā)生溢出。在傳輸發(fā)生溢出時，寫操作和讀操作可以不需要重新發(fā)新之前發(fā)送過的塊段，而是重新安排塊大小以適合傳輸。塊傳輸?shù)男蕿?.142~0.836。

4.2.3同步

在通過網(wǎng)絡進行通信的應用中，發(fā)送和接收之間必須相互協(xié)調(diào)和同步。CANopen便引入同步對象。同步對象是指不含數(shù)據(jù)字節(jié)或只含有一個數(shù)據(jù)字節(jié)的CAN報文。

同步對象的CAN標識符為80h,用戶可通過“循環(huán)周期”和“同步窗口長度”來對同步機制進行參數(shù)設置。循環(huán)周期是指同步對象通過總線發(fā)送的這段時間。同步PDO必須在同步對象發(fā)送完畢之后的同步時間窗口范圍內(nèi)發(fā)送。

同步對象只適用于已經(jīng)工作在同步模式的PDO。如果只將發(fā)送方的TPDO配置成同步傳輸，且把接收方的RPDO定義為事件驅(qū)動，可以大大改變時間特性。

如果使用了同步計數(shù)器，還可以在PDO通信參數(shù)中配置同步初始值。

4.2.4發(fā)送設備錯誤信號

CANopen網(wǎng)絡設備中出現(xiàn)的錯誤大致分為兩類：一是通信錯誤，二是應用錯誤。其中緊急報文由標準化機制發(fā)送。緊急報文包含以下信息：緊急錯誤代碼、索引1001h(錯誤寄存器)和協(xié)議或制造商定義信息。緊急錯誤代碼中有不同的代碼值，代表不同的錯誤