CANopen总线协议之过程数据对象（PDO）

Posted 2023-04-02

参考技术A 过程数据表示可以随时间变化的数据，例如节点控制器的输入（即传感器）和输出（即电动机驱动器）。过程数据也存储在对象字典中。但是，由于SDO通信一次仅允许访问一个对象字典索引，因此访问不断变化的数据可能会有很多开销。另外，CANopen协议要求节点必须能够发送自己的数据，而无需被CANopen主站轮询。因此，使用一种称为“ 过程数据对象”（PDO）的通信方法来传输过程数据的方法也有所不同。了解更多 CANopen总线协议

PDO有两种类型：传输PDO（TPDO）和接收PDO（RPDO）。TPDO是来自节点（已产生）的数据，而RPDO是到达节点（已消耗）的数据。另外，PDO有两种类型的参数：配置参数和映射参数。对象词典中保留给PDO配置和映射信息的部分是索引1400h-1BFFh。

配置参数指定COB-ID，传输类型，禁止时间（仅TPDO）和事件计时器，这将在本节中进行说明。有多种方法可以启动PDO传输。这些方法包括事件驱动，时间驱动，单独轮询和同步轮询。传输类型在PDO的配置参数中指定。在事件驱动的传输中，当其中的过程数据发生更改时，将启动PDO传输。在时间驱动的传输中，PDO传输以固定的时间间隔发生。在单个轮询中，PDO传输是使用一种不常用的称为远程请求的机制启动的。在同步轮询中，使用SYNC信号启动PDO传输。同步信号经常用作全局计时器。例如，如果CANopen主站发出SYNC消息，则可以配置多个节点以查看并响应该SYNC。这样，主站就可以同时获取多个过程对象的“快照”。

事件驱动的PDO传输示例

映射参数指定由单个PDO消息发送的对象字典值。例如，单个PDO消息可能包含来自对象索引2001h，2003h和2005h的数据。

TPDO对象字典示例

CANopen学习

1.CANopen协议总述

CANopen 是一个基于 CAN 串行总线的网络传输系统的应用层协议，遵循 ISO/OSI 标准模型。

网络中不同的设备通过对象字典或者对象来相互交换数据，其中，主节点可以通过过程数据对象 (PDO) 或者服务数据对象 (SDO) 来获取或者修改其它节点对象字典列表中的数据。

CANopen协议主要内容分为三大块，如下图CANopen 的设备模型。

 

推荐书籍：周立功的《CANopen轻松入门》，建议详细拜读，可以带大家入门。

 

2.通讯接口

入门之后若要深入理解，我建议参看官网的《CANOpen CiA 301》标准这本文档

CiA（CAN in Automation） 301也是大家所说的DS301，为CANopen 基础协议。

我们还常看到类似CiA 401 402这些协议，其实它们是在CiA 301 之上，对各个行业不断推出设备子协议。

所谓的子协议，就是针对不同行业的应用对象，对 CANopen 内部的数据含义进行重新定义，或者添加新的控制逻辑。

按照CANOpen CiA 301协议文档，提取了通信接口的主要内容，如下图：

 

 

2.1 网络管理(NMT)，包括 Boot-up(上线) 消息， Heartbeat(心跳) 协议及 NMT 消息，基于主从通信模式，

NMT 用于管理和监控网络中的各个节点，主要实现三种功能：节点状态控制、错误控制和节点启动。

　　CANOpen网络一般是一个主站，多个从站的局域网络；

　　NMT节点具有6种状态：初始化、应用层复位、通讯复位、预操作状态、操作状态、停止状态。可以自己切换状态，也可主站切换状态；

　　任何一个 CANopen 从站上线后发出节点上线报文（boot-up）。

 

2.2 过程数据对象 PDO

每个 CANopen 设备包含 8 个缺省的 PDO 通道， 4 个发送 PDO 通道和 4 个接收 PDO 通道。

　　PDO用来传输实时数据，包括接收 PDO(RPDO) 和发送 PDO(TPDO)，数据从一个创建者传到一个或多个接收者，属于“生产消费”模型，数据传送限制在 1 到 8 个字节。

　　COB-ID（ CAN Object Identifier，CANID是其一部分，NodeID是CANID的低7位） 定义只是预定义。

　　PDO 的两种传输方式：同步传输和异步传输，由该 PDO 对应的通信参数决定。

　　PDO 的通信参数可通过对象字典工具配置。

　　PDO 消息的内容是预定义的，由该 PDO 对应的映射参数决定。PDO 的映射参数是一个相对难理解的参数，请结合《CANopen 轻松入门》图文理解。

 

2.3 服务数据对象 SDO

包括接收 SDO(R-SDO) 和发送 SDO(T-SDO)。

通过使用索引和子索引， SDO 使客户机能够访问设备对象字典中的项。

SDO 通过 CAL 中多元域的 CMS 对象来实现，允许传送任何长度的数据，当数据超过 4 个字节时分拆成几个报文。

协议是确认服务类型，为每个消息生成一个应答。 SDO 请求和应答报文总是包含 8 个字节。

　　SDO为请求应答方式；

　　发送方（客户端）、接收方（服务器） ；

　　通常从节点为 SDO 服务器，主节点为客户端；

　　两种协议：快速、普通 SDO 协议；

       CS命令符含义需熟记（查表）；

 

2.4 特殊协议

2.4.1.常见的就是罗列出来的3种：

  　　同步协议，包含同步对象，同步对象是由 CANopen 主站周期性地广播到 CAN 总线的报文，用来实现基本的网络时钟信号，

　每个设备可以根据自己的配置，决定是否使用该事件来跟其它网络设备进行同步通信。

　　  时间戳协议。

　　  紧急报文协议，设备内部通信故障或者应用故障错误时发送的报文。

2.4.2.特殊协议CAN-ID定义（查表）；

2.4.3.紧急报文错误代码分类及含义；

 

3.对象字典

CANopen设备最重要的一个部分就是对象字典。对象字典本质上是一种被预先安排的对象序列，可通过网络访问。字典里面的每一对象均可使用一个16-bit主索引和8-bit子索引寻址到。

对象字典下面主要包含：数据类型、通信对象、应用对象。

 

 

 

 

3.1 通信子协议区，如上图1000h 到 1FFFh这个区域。也就是通信接口（或通信对象）协议区。

 

 

 

 

 

 

关于创建对象字典，可以使用Canfestival工具，详见：http://www.elecfans.com/d/1153555.html