电子-CANopen轻松入门周立功.pdf

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电子-CANopen轻松入门周立功.pdf,单片机/嵌入式STM32-F0/F1/F2
T 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 目录 前言 在层级中的位置 协议诞生和发展 的预定义报文分类 网络管理()与特殊协议( )报文分类 过程数据对象()和服务数据对象()的报文分类 对象字典( 对象字典概述 通讯对象子协议区( 通用通讯对象( 制造商特定子协议( 标准化设各了协议 对象字典和文件实例 网络管理 主站 节点状态 节点上线报文 节点状态与心跳报文 节点守护 节点状态切换命令 主站设备 过程数据对象 的 定文 的传输形式 的通信参数 的映射参数 服务数据对象( 通讯原则( 决速协议( 普通协议( 特殊协议( 同步协议( 时间戳协议( 紧急报文协议( 免责声明 工程技术笔记 T 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 前言 本教程适用于 协议 又名 标准。用户须已经掌握 协议的基本知识。即基本的帧结构、、数据 等知识,本文不再从底层开始 叙述。如果读者需要∫解底层,推荐北京航空航天出版社出版的《项目驱动 现场总线基础教程》。 本文由广州致远电了股份有限公司周立功、黄敏思等整理和编撰。文章引用 办会组织的蔡豪格主席肖像与多篇示意图,再次表示非常感谢! 工程技术笔记 T 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 在层级中的位置 从的层网络模型的角度来看同, )现场总线仅仅 定义了第层(物理层,见 标准)、第层(数据链路层,见 标准) 而在实际设计中,这两层完全由硬件实现,设计人员无需再为此廾发相关软件( 或固件( ),只要了解如何调用相关的接口和寄存器,即可完成对的控制。如 图所示。 CAN-bus 发送 CAN内核 发送缓冲区 位流 CTXD 控制接口 接口管理逻辑 处理器 (CAN帧) 错误管 CAN 接收缓冲区验收 理逻辑 收发器 (CAN帧) 滤波 CRXD 位逻辑 接收 控制 图 控制器结构 但没有规定应用层。也就是没有规定与实际应用相关的逻辑,比如开关量输入输 岀,模拟量输入输岀。所以夲身对于应用来说,是不完整的。这就像铁矿石(物理层)冶炼 成铁锭(数据链路层),然后针对只体应用,冉加工做成汽车、轮船、钢筋、坦克、钢结构 建筑等等。如图所示。 铁矿石 (物理层 铁锭 (数据链路层 各种钢铁制品 (应用层 图从物理层到应用层 因此,基木每个行业的 应用,都需要一个高层协议来定义报文中的 位标识符、字节数据的使用。但在总线的工业自动化应用中,由于设各的互通互联 的需求越来越多,所以需要·个开放的、标准化的高层协议:这个协议支持各和商 设备的互用性、互换性,能够实现在网终中提倛标准的、统一的系统通讯模式,提供 设备功能措述方式,执行网络管理功能。其中包括: ●应用层 :为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议 ●通讯措述 提供配置设备、通讯数据的含义,定义数据通讯方式。 ●设备措述 为设各(类)增加符合规沱的行为。 工程技术笔记 T 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 协议诞生和发展 办议是在世纪年代末,由总部位于德国纽伦堡的组织 )在 )的基础上 发展而来。 CANope ③ certified b 图 与 由于 协议的创始人团队也是 的创始人团队,此协议充分发挥了 所具备的所有优势,特別是组织的主席蔡豪格( )先生对于 协议坚持开放、免费、非盈利的原则。经推出便在欧洲得到了广泛的认可与应 用。虽然组织背后没有强大的财阀支撑,但时至今日已经成为仝世界最为流行的 应用层协议。让我们记住这位可爱的德国老人,如图所示。 CAN update seminar 豪格 组织蔡豪格主席 经过对 协议规沱文本的多次修改,使得 协议的稳定性、实时性、抗 干扰性都得到了进一步的提高。并且在 基础协议 之上,对各个 行业不断推出设备子协议,使 协议在各个行业得到更快的发展与推广。所谓的子 协议,就是针对不同行业的应用对象,对 内部的数据含义进行重新定义,或者添 加新的控制逻辑。 目前 协议已经在运动控制、车辆L业、轨道交通、电机驱动、工程杋械、船舶 海运等行业得到广泛的应用。比如轨道交通中的城市轻轨车骊(低地板车)中,联合西 门子、庞巴迪等轨道交通厂商,共同制定了以下轨道交通相关的 子协议 列车车辆控制系统 柴汕机控制系统 控制系统 外部灯控制系统 辅助设备控制系统 工程技术笔记 T 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 内部灯控制系统 如图所示,为 在轨道列车中的地位,主干网为列车总线(),每接 车厢釆用车辆总线()来连接与列车行驶相关,对实时性要求高的部件。而 主要是连接各种非高安全性的部件。 WTB wired train bus) DisplayDrive Selectron MVB(multi vehicle bus) PLC CANIMVBI Brake Inverte CANopen(IEC 61375-3-3) Door Trip odo- Air-con- Diesel- Passen- W/OS Brake (8 meter dition (5) Gen (2) ger info(14) lever(2) Deuta Liebherr Tognum GSP Selectron Schaltbau 在轨道交通中的应用 图所示为 设备结构。 协议通常分为用户应用层、对象字典以及 通信三个部分。 其中最为核心的是对象字典,描述了应用对象和 报文之间的关系 通信是本文关键部分,其定义了 协议通信规则以及与控制器 驱动之间对应关系,熟悉这部分对全面掌揭 协议至关重要。 用户应用层是用户根据实际的需求编写的应用对象,这部分本入门教程将不作详细 通讯 对象字典 应用 管理报文 应用对象 入口1 服务数据对象 入口2 应用对象 过程数据对象 入口 预定义或特味 功能对象 应用对象)4 CAN-bUs系统 进程 设备结构 工程技术笔记 T 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 的预定义报文分类 在 创立之初,即使在总线应用最广泛的汽车电子行业,网络中的 节点数量和需要通讯的信息都是比较少的。人们使用取代,主要是看重其可以 突发发送的实时性优势,而在多节点、长距离应用中,总线和 比起来并无优势 比如同样的波特率下, 的通信距离只能达到 的 倍,而多节点通信 无法进行任意的突发发送,不得不遵循 那样的轮询通信机制,否则会导致拥堵,如 图所小。就像这个十字路口的汽车,如果车只有辆,即使没有交通灯,根本不会拥 堵。而如果有辆,如果任意行驶,就会发生严重拥堵。 图 的突发优势和多节点拥堵 的创始人是非常了解总线这个特征,所以在设计 时,对其定 义为小网络、控制信号的实时通讯: 报文传输采用标准帧格式。即的域,以尽量减小传输时间; CAN-ID/COB-ID 1110987654321 网络控制报文均采用数据最小宇节数。比如心跳报文,只有个字节数据; 实时更新的过程数据无需接收方报文应答。即采用牛产消费模型,降低总线负载 需要接收方确认的配置参数一般都是采用快这单字传输。即个报文最多传送 个字节的参数变量,避免」分帧引起的实时性降低 以上这些定义都是为了节约时间开销,最大限度保证实时性。同时为了减小简单网络的 组态工作量, 定义了强制性的缺省标识符(帧)分配表,以减少使用者与 维护者的学习时间,快速上手。 网络管理()与特殊协议( )报文分类 虽然 的通计发挥了的特色,所有节点通信地位平等,运行时允许自行 发送报文,但 网终为了稳定可靠可控,都需要设置一个网络管理主机 ),就像一个交响乐团的指挥家,所有节点的启动、停止都是 有他进行指挥,如图所小。 工程技术笔记 T 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 slave device slave NMT slave device master device device slave device 图 就像交响乐指挥家 主机一般是 网终中具备监控的或者(当然也可以是一般的功能 节点),所以也成为 主站。相对应的其他 节点就是从机 主机和从机之间通讯的报文就称为网络管理报文。管理报文负责层管 理、网络管理和分配服务。例如,初始化、配置和网终管理(其中包括节点保护)。网终 管理中,同一个网终中只允许有一个上节点、一个或多个从节点,并遵循主从模式。 另外,为了协调各个节点的同步、心跳、时间、错误提示等通讯控制, 还定 义了一系列特殊协议( )报文。如表所示,为 预定义报文 )的报文和特殊协议报文。 表 与特殊协议的 定义 object对象 Specification规范 CAN-ID 网络管理命令 全局故障安全命令 动态主站 标示活动接口 同步报文 紧急报文 时间戳报文 安全相关数据对象 就是这类报文的 ,其中读者必须需要记住的是绿色底纹的这些常用的 含义,在研发和应用 中,这三类是最为常用的与特殊协议报文。 工程技术笔记 广州致远电子股份有限公司 轻松入门 入门教程 过程数据对象()和服务数据对象( 的报文分类 用户应用 时,需要传递的配置信息和应用信息都是放在过程数据对象 )和服务数据对象 里面。这些对象就和市场 上卖水果的箩筐,大小是一样的,只是装的东西(应用数据)不一样,如图所示。这就 是 协议所规定的基础协议——“箩筐”,而 的子协议或者用户自定义的对象 就是“箩筐”里面的东西 图 和就像水果箩筐 和的通讯区别在于,属于过程数据,即单向传输,无需接收节点回应 报文来确认,从通讯术语上来说是属于“生产消费”模型。如图所示。 生产者 1生产消费模型消费者(1个或者多个 输入信息 cAN数据唢 执行动作 0to8字节 CAN-D:0 to 2048 图生产消费模型 而属于服务数据,有指定被接收节点的地址( ),并且需要指定的接收节 点回应报文来确认已经接收,如果超时没有确认,则发送节点将会重新发送原报文 这种通讯方式属于常见的“服务器客户端”的通信模型,即我们通常所说的轮询式。如图 所示 2服务器客户端模型 执行动作 cAN数据帧或者远程帧 请求(1个或者多个 CAN-D:0 to 2048 响应 cAN数据呶 确认 0to8了节 CAN-D:0 to 2048 图服务器客户端模型 工程技术笔记

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