CANopen协议分析与实现

作为一种真正开放的CAN 总线高层协议，CANopen 协议允许不同的CAN 设备以标准化的方式进行通讯，使得CAN 设备具有互操作性。随着CANopen 协议的日益完善，它已经广泛应用于多个行业。本文将对CANopen 协议的对象字典、通讯对象及网络管理等几个方面进行简要分析，并通过举例对实现方式加以说明。
关键词：CANopen；对象字典；SDO；PDO；网络管理
由于其高可靠性和实时性的特点，CAN 总线能够满足系统高性能的要求，已经深入到各个行业，例如专业车辆、工业控制、医辽器械、海事应用等。CAN 的标准协议CAN2.0 协议和国际标准ISO11898 是设计CAN应用系统的基本依据，但它们只是定义了物理层和数据链路层，没有对应用层进一步规范，本身并不完善，需要一个更开放的、标准化的高层协议来定义CAN 报文中的标识符和字节数据[1]。在此背景下，由CiA(CAN in Automation)组织监督开发了CANopen 高层协议。在2002 年，已经形成欧洲标准EN50325-4。CANopen的最大优点之一就是实现较为简单[2]。
CANopen 协议是基于CAN 串行总线系统和应用层CAL 的高层协议，也是一种针对于行业的标准化的协议[3]。CANopen 协议为分布式控制及嵌入式系统的应用提供了必要的实现方法，主要提供：（1）不同CAN设备间的互操作性、互换性。（2）标准化、统一的系统通讯模式。（3）设备描述方式和网络功能。（4）网络节点功能的任意扩展。
CANopen 协议以通讯规范CiA DS-301 为基础，规定了一系列的设备规范，如CiA DSP-401，CiA DSP-404等[4][5]，从而提供了配置通讯参数和数据的方法，规定了设备间的通讯及特定设备间的特定行为（如数字I/O、模拟I/O、RS485 通讯等），并定义了标准化的应用对象、基本功能以及网络功能。
CANopen 协议采用对象字典（OD）、电子数据文档（EDS）等一系列概念来描述设备和协议的相关信息，还规定了服务数据对象（SDO）、过程数据对象PDO、网络管理等多种通讯机制。在本文中，主要是对对象字典、服务数据对象（SDO）、过程数据对象（PDO）进行了简要的分析。