現場(chǎng)總線(xiàn)CANopen學(xué)習總結筆記三---基本原理和通信對象

主要包含知識點(diǎn)基本原理、通信對象、對象字典、網(wǎng)絡(luò )管理系統、CAN標識符分配、節點(diǎn)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

為了便于統一觀(guān)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(guò)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(shí)際上是設備的所有參數列表。

CANopen協(xié)議中定義了3種不同類(lèi)型的通信關(guān)系：分別為主機-從機模型、客戶(hù)端-服務(wù)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(luò )管理（NMT），每組主機-從機模型都需要一個(gè)CAN標識符。

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

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

4.2通信對象

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

過(guò)程數據對象（PDO）

服務(wù)數據對象（SDO）

預定義對象

網(wǎng)絡(luò )管理對象

過(guò)程數據對象（PDO）：

1.通信參數

通信參數用來(lái)描述PDO特性。通信參數按照定義好的地址保存在設備對象，用戶(hù)可以通過(guò)服務(wù)數據對象對通信參數進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

通信參數記錄有5個(gè)可用的子條目：COB標識符、傳輸類(lèi)型、禁止時(shí)間、事件計數器和同步初始值。前兩項為必選。

2.PDO的CAN標識符

COB標識符（COB-ID）位于通信參數的子索引01h上，COB標識符是一個(gè)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(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

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(jìn)行數據交換，用戶(hù)還必須為這些從機配置適當的CAN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(lèi)型

PDO的通信類(lèi)型有事件驅動(dòng)、遠程請求或輪詢(xún)、同步傳輸。

事件驅動(dòng)是當輸入值發(fā)生改變的時(shí)候，數據立即被發(fā)送出去。

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

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

5.禁止時(shí)間和事件計時(shí)器

禁止時(shí)間（子索引03h）的功能相當于PDO發(fā)送過(guò)濾器，在PDO輸入數據第一次變化時(shí)，無(wú)等待地直接發(fā)送該PDO數據，之后PDO輸入數據再發(fā)生變化時(shí)就不會(huì )立即觸發(fā)PDO發(fā)送。禁止時(shí)間可以避免PDO占用全部總線(xiàn)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(gè)事件計時(shí)器。

子索引06h（同步初始值）定義了同步計數器的初始值，在傳輸同步信息時(shí)，同步計數器不斷遞增以進(jìn)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(xiàn)帶寬可供其他功能使用。

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

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

PDO映射參數的子索引00h表示的是映射對象的數量。

所有映射過(guò)程參數的最大長(cháng)度都不能超過(guò)8字節，分為靜態(tài)PDO映射、可變PDO映射、動(dòng)態(tài)PDO映射。其中靜態(tài)PDO無(wú)法修改，可變PDO可以修改，不過(guò)要遵守修改方法。

而動(dòng)態(tài)PDO映射是指設備處于操作狀態(tài)時(shí)，對其進(jìn)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(guò)程數據將通過(guò)一個(gè)獨有的CAN消息以高速廣播的方式傳播。

(11.28)

其中有兩個(gè)尋址方式，一個(gè)是源模式尋址，一個(gè)是目標模式尋址。主要應用領(lǐng)域一是通過(guò)傳輸過(guò)程數據地址實(shí)現傳輸任意數量的數據，無(wú)需設置PDO。二是群發(fā)消息。

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

缺點(diǎn)：需要更多的帶寬。

總結一個(gè)：PDO是用來(lái)傳輸實(shí)時(shí)數據。

4.2.2服務(wù)數據對象SDO

CANopen設備為用戶(hù)提供了一種訪(fǎng)問(wèn)內部設備數據的標準途徑，設備由一種固定的結構（對象字典）管理。對象字典的條目可以通過(guò)服務(wù)數據對象(SDO)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，由此需要成對的SDO服務(wù)器和客戶(hù)端。SDO之間的數據交換通常都是由SDO客戶(hù)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(wù)器是門(mén)禁系統，SDO客戶(hù)端是郵遞員，當有郵遞員來(lái)的時(shí)候，會(huì )發(fā)起門(mén)鈴以告訴門(mén)禁要來(lái)送信（數據）。

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

SDO傳輸有三個(gè)類(lèi)型：加速SDO傳輸、分段SDO傳輸、塊傳輸。

加速SDO傳輸適用于：傳輸數據不超過(guò)4字節，所以整個(gè)傳輸過(guò)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(guò)4字節的傳輸數據。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(jìn)行寫(xiě)操作和讀操作有所不同，不過(guò)兩者都要求有較高的緩沖能力，否則會(huì )發(fā)生溢出。在傳輸發(fā)生溢出時(shí)，寫(xiě)操作和讀操作可以不需要重新發(fā)新之前發(fā)送過(guò)的塊段，而是重新安排塊大小以適合傳輸。塊傳輸的效率為0.142~0.836。

4.2.3同步

在通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信的應用中，發(fā)送和接收之間必須相互協(xié)調和同步。CANopen便引入同步對象。同步對象是指不含數據字節或只含有一個(gè)數據字節的CAN報文。

同步對象的CAN標識符為80h,用戶(hù)可通過(guò)“循環(huán)周期”和“同步窗口長(cháng)度”來(lái)對同步機制進(jìn)行參數設置。循環(huán)周期是指同步對象通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送的這段時(shí)間。同步PDO必須在同步對象發(fā)送完畢之后的同步時(shí)間窗口范圍內發(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定義為事件驅動(dòng)，可以大大改變時(shí)間特性。

如果使用了同步計數器，還可以在PDO通信參數中配置同步初始值。

4.2.4發(fā)送設備錯誤信號

CANopen網(wǎng)絡(luò )設備中出現的錯誤大致分為兩類(lèi)：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