北京博控自动化技术有限公司-Read.doc

CANopen 协议介绍 1、介绍 从 OSI 网络模型的角度来看同，现场总线网络一般只实现了第 1 层（物理层）、第 2 层（数据链路层）、 第 7 层（应用层）。因为现场总线通常只包括一个网段，因此不需要第 3 层（传输层）和第 4 层（网络层）， 也不需要第 5 层（会话层）第 6 层（描述层）的作用。 CAN（Controller Area Network）现场总线仅仅定义了第 1 层、第 2 层（见 ISO11898 标准）；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（Software）或固件（Firmware）。 同时，CAN 只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，需要一个高层协议来定义 CAN 报文中的 11/29 位标识符、8 字节数据的使用。而且，基于 CAN 总线的工业自动化应用中，越来越需 要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种 CAN 厂商设备的互用性、互换性，能够实现在 CAN 网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。 ? 应用层（Application layer）：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。 ? 通讯描述（Communication profile）：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。 ? 设备描述（Device proflile）：为设备（类）增加符合规范的行为。 下面的章节将介绍基于 CAN 的高层协议：CAL 协议和基于 CAL 协议扩展的 CANopen 协议。CANopen 协议是 CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认。尤其是在欧洲， CANopen 协议被认为是在基于 CAN 的工业系统中占领导地位的标准。大多数重要的设备类型，例如数字 和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述” 的协议中进行描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠 CANopen 协议的支持， 可以对不同厂商的设备通过总线进行配置。 在 OSI 模型中，CAN 标准、CANopen 协议之间的关系如下图所示： CiA DSP-401 CiA DSP-404 CiA DSP-xxxApplication Lay r Communication Pr ofile CiA DS-301   Data Link Layer Chip CAN 2.0A   Physical LayerISO11898 C图 1.1 CAN、CANopen 标准在 OSI 网络模型中的位置框图 2、CAL 协议 CAL（CAN Application Layer）协议是目前基于 CAN 的高层通讯协议中的一种，最早由 Philips 医疗 设备部门制定。现在 CAL 由独立的 CAN 用户和制造商集团 CiA（CAN in Automation）协会负责管理、发 展和推广。 CAL 提供了 4 种应用层服务功能： CMS (CAN-based Message Specification) CMS 提供了一个开放的、面向对象的环境，用于实现用户的应用。CMS 提供基于变量、事件、 域类型的对象，以设计和规定一个设备（节点）的功能如何被访问（例如，如何上载下载超过 8 字节 的一组数据（域），并且有终止传输的功能）。 CMS 从 MMS (Manufacturing Message Specification)继承而来。MMS 是 OSI 为工业设备的远程控 制和监控而制定的应用层规范。 NMT (Network ManagemenT) 提供网络管理（如初始化、启动和停止节点，侦测失效节点）服务。这种服务是采用主从通讯模 式（所以只有一个 NMT 主节点）来实现的。 DBT (DistriBuTor) 提供动态分配 CAN ID（正式名称为 COB-ID，Communication Object Identifier）服务。这种服务 是采用主从通讯模式（所以只有一个 DBT 主节点）来实现的。 LMT (Layer ManagemenT) LMT 提供修改层参数的服务：一个节点（LMT Master）可以设置另外一个节点（LMT Slave）的 某层参数（如改变一个节点的 NMT 地址，或改变 CAN 接口的位定时和波特率）。 CMS 为它的消息定义了 8 个优先级，每个优先级拥有 220 个 COB-ID，范围从 1 到 1760。剩余的标志 （0，1761-2031）保留给 NMT，DBT 和 LMT，见表 2-