基于-CAN-总线的-CANopen-协议讲座(三)

广州致远电子有限公司基于CAN总线的CANopen协议讲座（三）ApplicationNoteCANopen主站设备及其应用产品应用笔记AN01010101V1.00Date:2009/11/14类别内容关键词CANopenCAN总线CAN-bus现场总线总线协议摘要CANopen协议以其成熟的结构、抗干扰能力强等优势越来越多的应用到各种工业活动中，也成为各种行业的标准，已经成为未来现场总线发展的一种趋势。目录1.引言...........................................................................................................................12.CANopen网络特性...................................................................................................13.CANopen网络中的设备分类...................................................................................14.如何设计CANopen主站设备..................................................................................15.测试CANopen网络与设备......................................................................................36.怎样分析CANopen网络报文..................................................................................37.判断CANopen网络的性能......................................................................................48.参数资料...................................................................................................................4广州致远电子有限公司CANopen主站设备及其应用产品应用笔记©2008GuangzhouZHIYUANElectronicsCO.,LTD.1基于CAN总线的CANopen协议1.引言在上期文章中我们介绍了CANopen协议相关概念及其组网方式，本期文章中我们将说明CANopen主站设备及其应用方法。由于可靠性、实时性、低成本、抗干扰性、兼容能力等多个方面的优势，CAN-bus与其高层协议CANopen已成为了车辆数据通信系统的事实标准，并普遍应用于所有的可移动设施，例如船舶舰艇、客车火车、升降电梯、重载车辆、工程机械、运动系统、分布式控制网络等。几乎所有的通用I/O模块、驱动器、智能传感器、PLC、MMI设备的生产厂商都提供有支持CAN-bus与CANopen标准的产品。只要符合CANopen协议标准及其设备协议子集标准的系统，就可以在功能和接口上保证各厂商设备的互用性和可交换性。2.CANopen网络特性作为标准化应用，CANopen建立在设备对象描述的基础上，设备对象描述规定了基本的通信机制及相关参数。CANopen可通过总线对设备进行在线配置，与生产厂商无关联，支持网络设备的即插即用(PlugandPlay)。CANopen支持2类基本数据传输机制：PDO实现高实时性的过程数据交换，SDO实现低实时性的对象字典条目的访问。SDO也用于传输配置参数，或长数据域的传输。CANopen既规定了各种设备之间的通讯标准，也定义了与其他通讯网络的互连规范。3.CANopen网络中的设备分类在说明CANopen网络设备分类之前，我们有必要先了解其网络通信模型。CAN-bus支持“生产者－消费者”通讯模型，支持一个生产者和一个或多个消费者之间的通信关系。生产者提供服务，消费者接收则可以（消费）或忽略服务。需要注意，CANopen标准作为CAN-bus的应用层协议之一，除了支持上述服务类型外，还支持“客户端－服务器”通讯模型。客户端设备通常称为“CANopen主站”，而服务器端设备则称为“CANopen从站”。针对各个不同的行业应用，CANopen标准制定了各种设备子协议，通常命名编号为DS-4xx，目前已有十多个设备子协议被各行业认可。例如：通用I/O模块(DS-401)、马达驱动器(DS-402)、闭环测控仪器(DS-404)、可编程设备(DS-405)、旋转与线性编码器(DS-406)、角度测量仪(DS-410)、医疗器械(DS-412)、升降控制器(DS-417)、挤压设备(DS-420)、市政车辆(DS-422)等，同时还有数个行业的设备子协议规范正在制定之中。符合同一类设备子协议的产品都具有类似的设备资源描述与属性。4.如何设计CANopen主站设备CANopen标准定义了应用层、通信子协议以及各种应用规范。应用层提供服务，并定义通信对象。通信对象用于交换过程数据和服务数据，这些对象由它们的结构、传输类型和CAN标识符来定义。DS-301规范除了对应用层、通信子协议进行了全面描述，还为特定的应用提供了扩展架构，定义了更多规则和特殊通信对象。例如，DS-301定义了网络管理对象（节点保护、寿命保护），并定义了使用这些对象的详细规则。下图2为包含通信接口、应用过程以及对象字典的CANopen设备的基本模型。通信接广州致远电子有限公司CANopen主站设备及其应用产品应用笔记©2008GuangzhouZHIYUANElectronicsCO.,LTD.2基于CAN总线的CANopen协议口用于将设备连接到网络，对象字典作为网络和应用过程之间的接口。图2CANopen设备模型作为一个CANopen主站设备，为了满足管理整个CANopen网络的从站设备，通常需要提供以下功能：支持PDO、SDO发送与接收；支持NMT网络管理；支持PDO通讯类型并能够支持监控每一个PDO目标；LSS层设置功能：从站波特率设置、从站节点编号设置；支持从站管理功能：类型与名称读取、对象字典读写；紧急报文发送功能；扩展CANopen标准指示灯功能。通过PC扩展一个CANopen主站通讯卡，从而令PC具有管理CANopen通讯网络的能力，这是普遍选择的方式。推荐使用PCI总线或USB总线来扩展CANopen通讯卡，比如PCI-5010P或USBCAN-EP主站卡，令PC成为一个CANopen网络的管理节点，可以开发或测试CANopen网络、拓展连接其他网络。图3推荐的CANopen主站通讯卡广州致远电子有限公司CANopen主站设备及其应用产品应用笔记©2008GuangzhouZHIYUANElectronicsCO.,LTD.3基于CAN总线的CANopen协议PCI-5010P通讯卡内嵌1路隔离CAN接口，常用于工控场合，通过PCI总线连接工控PC机；USBCAN-2EP通讯卡内嵌2路全隔离CAN接口，常用于便携测试领域，通过USB总线连接测试PC机。这两款设备的内嵌CAN接口都设计有增强隔离、ESD、EFT、EMI等多种保护措施，保障设备在干扰恶劣环境中的可靠通讯。同时，配套各种CANopen支持软件，有CANopen函数库、编程示例、监控与测试软件、OPC服务器、协议分析等。另外，作为通用的CAN-bus通讯接口卡，这两款设备还具有硬件自动存储报文、通用CAN报文收发、总线参数诊断等增强功能，方便进行复杂网络的二次开发。5.测试CANopen网络与设备PC运行一个CANopen测试软件，通过致远电子的PCI-5010P或USBCAN-2EP通讯卡，可对CANopen从站设备进行测试、调试。软件包括载入EDS文件、管理从站、CANopen服务、接收/发送报文测试等功能。通过CANopen测试软件导入一个CANopen从站设备的EDS文件后，可直接以SDO方式读写设备属性，或与该从站设备执行PDO通讯测试，配置或管理从站的IO数据。下图4为CANopen测试软件的运行简图。图4CANopen测试软件6.怎样分析CANopen网络报文工程师设计一个支持CANopen协议的设备时，往往会碰到这样的问题：为什么设备收不到其他网络节点发来的信息？为什么设备发出去的命令没有收到响应？为什么设备工作一段时间后会通讯发生异常？……，这时候就需要用到专业的CANopen网络分析工具来分析CANopen报文与CAN-bus底层数据，这里推荐一款CANopen协议分析仪。CANalyst分析仪可用于记录CANopen网络报文、错误状态、网络负载等，也可以模拟CANopen终端工作，是CANopen网络设计的好助手，可以有效节省开发周期，方便实现网络维护、查错、管理等复杂操作。下图5为CANalyst分析仪的软件操作界面。广州致远电子有限公司CANopen主站设备及其应用产品应用笔记©2008GuangzhouZHIYUANElectronicsCO.,LTD.4基于CAN总线的CANopen协议图5CANalyst分析仪的软件界面7.判断CANopen网络的性能CANopen网络的性能主要取决于两个关键因素：数据丢失率、实时性。引起数据丢失的原因有很多，比如网络通讯距离超过CAN通讯速率所能达到的最大值；多个从站不断地主动发送PDO数据，导致总线瞬时负载过高等。除了通讯速率之外，从站数量、数据传输方式也是影响实时性的重要因素。从站数量过多，肯定会引起主站和单个从站的通讯周期变长；如果从站主动上传PDO数据量过大，则会出现一些从站数据堵塞或不断的重发现象，也同样会导致通讯周期变长。CAN总线作为新型成熟的现场总线已经应用到生活生产的各个领域。其中基于CAN总线的CANopen协议，以其独特的优势已经成为行业标准，CANopen也必将成为现场总线的发展趋势。广州致远电子有限公司提供功能全面的CANopen产品，包含各种接口的CANopen通讯卡、CANopen终端设备（包括数据采集，电机控制等）、CANopen分析仪、网关及网桥、OPC服务器以及基于CANopen协议的整套组网方案及应用集成。8.参数资料