适用于标准化嵌入式网络，CANopen有什么不同？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）CANopen是一种架构在控制局域网络CAN上的高层通信协议，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。

 
在CAN的基础上，CANopen定义了应用层的通信规则，因此特别适用于需要标准化设备配置和网络管理的嵌入式网络。
 

CANopen协议简介

1994年发布的国际标准ISO 11898-2定义了CAN总线的物理层和数据链路层，CANopen在此基础上构建了更上层的协议，随后在工业自动化、汽车电子等领域得到了广泛应用。
 
CANopen实现了OSI模型中的网络层以上（包括网络层）的协定，包括寻址方案、数个小的通讯子协定及由设备子协定所定义的应用层。因此，CANopen和CAN属于两种不同的通信协议，CAN是底层通信协议，CANopen则属于CANBUS，也就是CAN总线的一种高层协议，提供了设备配置、网络管理、数据传输协议等更高层次的功能。
 
CAN和CANopen功能层的差异感受是最直观的，CANopen提供的高级通信功能包括网络管理（NMT）、服务数据对象（SDO）传输、过程数据对象（PDO）传输等，适用于工业自动化、医疗设备、船舶等复杂系统中需要多设备协调的应用。
 
发展至今，CANopen已经定了非常多的高级协议，最重要的是CiA DS（Device Specification）和DS301/DS302标准。其中，DS301定义了CANopen协议的基本特性，而DS302定义了CANopen设备的特定要求。
 
另外，CANopen也引入了一些关键的技术细节。比如，对象字典（Object Dictionary）是CANopen里面的关键组件，CANopen、设备都需要具备对象字典，用来设定设备组态及进行非即时的通讯。对象字典中每一个对象对应于一个16bit索引和8bit子索引（部分对象没有子索引，或者认为子索引为0），其属性包括是否可读以及是否可写，对象字典的长度可以是8bit、16bit和32bit。另外，对象字典不仅包含了设备的配置参数，还包含了设备的实时数据和错误历史记录等。
 
再比如过程数据对象（PDO），用于快速访问对象字典，其作用和SDO类似，只是实现方法不同。SDO在每次发送报文时，都需要指定需要读写的对象字典的索引和子索引，以灵活地对任意对象字典进行访问，同时SDO应答报文保证了数据传输的准确性。
 
另外，CANopen的技术细节还包括SDO报文需要应答、NMT网络服务、SDO通信等。
 

CANopen解决方案

在工业自动化领域，CANopen主要用于工业机器人和自动化生产线的设备通信和控制。目前，CANopen的软硬件方案可选项非常多。
 
首先看一下虹科HK的SYS TEC CANopen Chip F40 - CANopen芯片，是一款即插即用，高性价比的单板计算机内含最新预先编程的CANopen固件。CANopen Chip F40提供简单和高性价比的DIP40连接器形成接口，可接入目标外设并且能把CANopen芯片转换成通用的通讯接口。工程师可以基于CANopen芯片F40实现CANopen从站设备，依据CANopen设备子协议401和CANopen通讯子协议301 V4.02。两个LED指示设备状态，依据303-3 V1.0。
 
再看一下西威迪的CANopen绝对值工业编码器SAS/M58。采用了高精确的磁式感应技术，支持单圈或多圈编码器，通过CANopen总线进行通信，最高传输速率可达1MHz。此外，该编码器还支持额外增加增量信号TTL或HTL输出，使得信号输出更加丰富。在分辨率方面，单圈分辨率最高可达21位，多圈圈数高达14位，具有超强的抗冲击和抗振动能力，防护等级高达IP68。同时，该编码器还具备反短接和短路保护功能，有效降低了安装错误对编码器的影响。特别需要指出的是，SAS/M58是百分百国产化的。
 
然后看一下广成科技CANOPEN定制网关GCAN-IO 系列产品是工业现场总线 IO 模块，该模块是标准的从站设备，其使用CANopen或Modbus协议与主站设备通信，用户可使用CANopen或Modbus主站设备控制GCAN-IO模块的数字/模拟量输出状态，还可以使用主站实时读取该模块的数字/模拟量输入状态。
 
当然，只有硬件还不够，要想用好CANopen，还需要软件的配合。在实践中，将使用适当的软件工具配置/管理复杂的CANopen网络。目前，网络上有非常多的免费的CANopen软件工具，同时虹科HK等公司也会专门提供开发工具和软件包。
 

结语

CANopen在CAN的基础上定义了更高级的功能，包括网络管理（NMT）、服务数据对象（SDO）传输、过程数据对象（PDO）传输等，也引入了SDO报文需要应答、NMT网络服务、SDO通信等技术细节，因而非常适用于标准化嵌入式网络。