CANOpen系列教程01_ 初识CAN与CANOpen及相关内容

1写在前面

我之前学习CANOpen的时候，网上有用的资料极少，走了不少弯路。到目前为止，网上关于CANOpen的资料依然很少。所以，特地写下该系列教程，帮助初学者跨过这道坎。

从我个人学习CANOpen的经历来看，学会使用CANOpen难度其实不大。难点在于需要掌握的基础知识很多，而且许多都有关联性，容易把人绕晕。

那么，我希望通过结合之前我的学习经历，以及工作经验，站在小白的角度写下该系列教程。当然，该教程由我个人编辑并整理，难免有些废话，或者错误，还请谅解。

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初识CAN与CANOpen

2.1 什么是CAN?

CAN：是Controller Area Network的缩写，即控制器局域网络，属于工业现场总线，是ISO国际标准化的串行通信协议。

从OSI（Open System Interconnection开放系统互联）7层网络模型的角度来看，CAN现场总线仅仅定义了第 1 层（物理层）和第 2 层（数据链路层）。

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开发相关软件或固件（Firmware），只要了解如何调用相关的接口和寄存器，即可完成对CAN的控制。

上面介绍的内容可能太官方，初学者可能看了之后还是不明白。简单的说：CAN总线就是一层硬件协议。比如：差分信号电平的定义、数据帧的定义等等。

PS：初学者可以结合UART来理解，比如UART串口发送一个字符’A’，它就是一种串行通信的方式。 

2.2 什么是CANOpen?

CANopen是一种架构在CAN控制局域网上的高层软件通信协议，包括通信子协议及设备子协议，常在嵌入式系统中使用，也是工业控制常用到的一种现场总线协议。

CANopen协议是在20世纪90年代末，由总部位于德国纽伦堡的 CiA 组织——CAN-in-Automation，在 CAL（CAN Application Layer）的基础上发展而来。

所以，关于CANOpen协议内容请参看：http://www.can-cia.org

由于CAN总线只定义了OSI中的物理层和数据链路层，因此对于不同的应用出现了不同的【应用层协议】，为了使不同厂商的产品能够相互兼容，世界范围内需要通用的CAN应用层通信协议。

在过去的二三十年中涌现出许多的协议，不过到现在为止能够广泛被承认的协议却不多，现在应用较广的CAN应用层协议主要有以下三种：

CANopen协议：主要应用在汽车、工业控制、自动化仪表等领域，目前由 CIA 负责管理和维护；

J1939协议：CAN总线在商用车领域占有绝大部分市场份额的应用层协议，由美国机动车工程师学会发起，现已在全球范围内得到广泛的应用；

DeviceNet协议：在美国等地占有相当大的市场份额，主要用于工业通信及控制和仪器仪表等领域。

而本文说的CANOpen也是目前应用较广的一种协议。简单的说，CANOpen就是CAN总线应用层协议。

PS：学习CANOpen应用层协议之前请务必先了解CAN总线协议。

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CAN总线特点

CAN总线采用差分信号传输，通常情况下只需要两根信号线（CAN-H和CAN-L）就可以进行正常的通信。在干扰比较强的场合，还需要用到屏蔽地即CAN-G（主要功能是屏蔽干扰信号）， CAN协议推荐用户使用屏蔽双绞线作为CAN总线的传输线。

CAN总线通信的优势和特点：

A.CAN总线上任意节点，均可在任意时刻主动的向其它节点发起通信，但在同一时刻优先级高的节点能获得总线的使用权。

B.标准CAN总线传输波特率可达到1Mbps。在5Kbps的通信波特率下最远传输距离可以达到 10Km，即使在1Mbps的波特率下也能传输40m的距离。

C.CAN总线定义使用了硬件报文滤波，可实现点对点及点对多点的通信方式，不需要软件来控制。

D.CAN 总线所挂接的节点数量主要取决于CAN总线收发器或驱动器，目前的驱动器一般都可以使同一网络容量达到110个节点。

E.CAN总线通信介质可采用双绞线、同轴电缆或光纤，选择极为灵活。可大大节约组网成本。

当然，CAN总线的优势还有许多，当你掌握之后就会明白为什么CAN总线应用得如此广泛了。

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教程规划

CAN总线及CANOpen协议相关的内容相对比较多，如果每一个细节知识点都写出来，可能花掉我业余时间写一年也写不完。

我写该教程目的在于引导初学者入门，我会结合实例代码让大家边学边理解，至于实际项目编程应用不一定讲述的很多（这个看后面情况）。

首先从CAN底层讲起，再到CANOpen协议相关基础知识，最后实际应用。当然，中间每一个环节内容相对可能较多，也有可能会遗漏部分内容。