CAN&CANopen学习笔记.pdf-资料库

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PART1——CAN 1 CAN 基础知识 CAN 总线是一种通用的串行通信协议，包含 OSI 网络模型中的物理层和数据链路层，全部通过硬件来实现。 CAN 总线不分主从，每个节点只要需要，都可作为主站，向网络上其他节点发送信息。物理层主要是通过 CAN 收发器来实现。 1.1 CAN 收发器 CAN 收发器安装在 CAN 控制器内部，负责逻辑信号和电信号的转换，也即信息的收发。将逻辑信号转为电信号，并将其送入传输线；或者，将传输线的电信号转为逻辑信号。传输线跟电线一样，分一高一低，即 CANH 和 CANL。 TIPS：电信号，指随着时间而变化的电压或电流 CAN 收发器如图 1.1 所示。由一个电路进行控制，也意味着控制单元的某个时间段只能进行一个操作，收或者发。 VDD 图 1.1 收发器原理图

开关闭合输出低电平，用逻辑“0”来表示，即显性电平；开关断开输出高电平，用逻辑“1”来表示，即隐性电平。当总线上连接有多个节点时，只要其中 1 个节点输出低电平，则总线激活，总线电平为低电平；总线上所有节点都输出高电平时，总线电平才为高电平，此时总线未激活。原理如图 1.2 所示。 VDD VDD VDD 图 1.2 多节点收发器原理图 1.2 CAN 总线终端电阻 CAN 网络中，网络的源端（起始节点）和末端需各安装一个终端电阻。注：上图所示电阻并非终端电阻。有两种接法，一般采用左图接法，如图 1.3 所示，左边高速，右边低速。主要作用是:  提高总线抗干扰能力  提高信号质量。通过终端电阻来消除在通信电缆中的信号反射，在通信过程中，有两种原因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配，这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱，为了提高网络节点的拓扑能力， CAN 总线两端需要接有 120Ω的抑制反射的终端电阻。

图 1.3 两种终端电阻接线方式 1.3 CAN 报文 CAN 总线的报文有 5 种类型，数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。只介绍数据帧和远程帧。 1) 数据帧有两种格式，即标准帧和扩展帧。帧结构如图 1.4 所示。以标准帧为例，详细介绍如下：帧起始仲裁段控制段数据段 CRC 段 ACK 段帧结束图 1.4 帧结构图帧起始：由单个显性位“0”组成，即总线激活。仲裁段：有 CANID 和 RTR 位组成。对于标准帧， CANID 为 11 位（扩展帧 29 位），通过此 CANID 来规定数据帧的优先级。RTR 位，远程帧发送标识位，为 1 代表是远程帧，数据帧此位为 0。控制段：IDE+1 个保留位+DLC，DLC 表示数据段长度。数据段：标准帧数据段长 8 个字节。 CRC 段：CRC 校验值存在此段。

ACK 段：当一个接收节点接收的帧起始到 CRC 段之间的内容没发生错误时，它将在 ACK 段发送一个显性电平帧结束：每个数据帧和远程帧均由 7 个隐性位“1”来标志该帧结束。 2) 远程帧当一个节点想要获取另一个节点的数据时，就发送远程帧来请求数据。CAN 协议中，未在 CANID 中定义目标节点 ID。此部分由应用层协议定义，如 CANopen。另远程帧需指定数据长度。与数据帧的唯一区别是无数据段，也分为标准帧和远程帧两种格式。 1.4 数据链路层数据链路层由 CAN 控制器实现，负责以下操作： LLC：  接收报文的选择  过载通知  错误恢复 MAC：  数据的打包拆包  帧编码  错误检测及通知  串并行转换

PART2——CANopen 1 CANopen 基础知识 CANopen，一种架构在 CAN 上的高层通信协议，协议由通信子协议和设备子协议组成。两个协议均包含在对象字典（OD）中，如下图，对象字典中的对象通过 16 位的索引及 8 位的子索引来定位。 OD 对象列表 CANopen 完全基于 CAN 标准报文格式，细化了对 CAN 报文 11 位标识符的定义，其中高 4 位定义为功能码，后 7 位为节点 ID。功能码标识报文类型，主要类型有 NMT、SYNC、 PDO、SDO 等，且给报文定义了优先级，如下：NMT→SYNC→EMERGENCY→TIME→PDO →SDO→NMT Err Control 1.1 SDO Service Data Object，服务器数据对象，主要用于对 OD 进行读写。一发一回模式，主站发送请求帧，从站回复应答帧。  写主站发送报文： 600H+NodeID Cs (1Byte) Index (2Bytes) Subindex (1Byte) Data (4Bytes) Cs 命令字随数据长度（DL）的变化而变化：当 DL=1 时，CS=2F； DL=2 时，CS=2B；

DL=3 时。CS=27； DL=4 时，CS=23； If success，从站返回： 600H+NodeID 60 If failed，从站返回： 580H+NodeID 80  读主站发送： Index (2Bytes) Subindex (1Byte) 00 00 00 00 Index (2Bytes) Subindex (1Byte) Error Code 600H+NodeID 40 Index (2Bytes) Subindex (1Byte) 00 00 00 00 若读取成功，从站返回： 580H+NodeID Cs CS 随数据长度变化而变化：当 DL=1 时，CS=4F； DL=2 时，CS=4B； DL=3 时，CS=47； DL=4 时，CS=43；若失败，则从站返回： 580H+NodeID 80 Index (2Bytes) Subindex (1Byte) Data Index (2Bytes) Subindex (1Byte) Erro code

1.2 PDO Process Data Object，过程数据对象，用于传输实时过程数据。生产/消费者模型，PDO 的传输由事件触发，由同步报文（SYNC）同步触发，或者由远程帧及设备子协议中特定事件异步触发。 PDO 分为发送 PDO（TPDO）和接收 PDO（RPDO）。一条 PDO 中可以包含 8 个字节数据。 PDO 在对象字典中通过通信参数及映射参数来描述。对于 TPDO，通过映射参数将 OD 中数据调出，与通信参数组合成报文，发送到 CAN 网络中。对于 RPDO，接收到发来报文后，通过映射参数将 CAN 报文中数据存放在指定的 OD 条目中。可以说，映射参数指定具体的 I/O 口，TPDO 连接 Input，RPDO 连接 Output。 RPDO 通信参数  通信参数包含 CANID，传输类型（0-255，定义了 PDO 的触发方式），限制时间，事件计时器等参数。 PDO 传输类型分为同步和异步。 1) 同步：通过 SYNC 报文触发 PDO 传输，周期：0-240，接收相应个数的 SYNC 报文后触发 PDO；非周期：指当 PDO 触发条件发生后（事件发生且接受到 SYNC）立即触发 PDO 报文（0）。另一种为远程帧预触发（252），接受到远程帧后，在 SYNC 报文之后立即触发。 2) 异步远程帧触发（253）或者设备子协议中对象特定事件（255）触发

 映射参数指定数据所在位置，也即 OD 的索引和子索引，还有数据的长度。例如： Index Subindex Object data Desciption 1601H 0 1 2 64110110 对应索引 6411H 子索引 01，数据长度位 10 位被映射的条目数量 2 64110210 对应索引 6411H 子索引 02，数据长度位 10 位 1.3 NMT NMT，网络管理。主要功能是改变 CANopen 节点的状态。报文结构如下： 11 位CANID 0 2 字节数据 cs Node_ID Node_ID 为目标节点地址，为 0 表示所有节点。cs 命令字，不同命令字改变不同状态，如下表：命令字描述功能操作后状态 1(01h) 2(02h) Start_Remote_ Node Stop_Remote_ Node 启动 CANopen 设备和 PDO 传输 OPERATIONAL 激活输出停止 PDO 使输出处于错误状态 STOPPED or PREPARED 128(80h) Enter_Pre_ 停止 PDO， SDO 可用 PREOPERATIONAL Operational_State 129(81h) Reset_Node 初始化，所有配置重置为默认值 PREOPERATIONAL 130(82h) Reset_ 将所有通信参数重置为默认值 PREOPERATIONAL Communication

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