CAN报文由7个不同的位域组成,CANopen主要是规定了其中的仲裁域和数据域的使用情况。本篇文章将对CANopen报文进行解析,包括报文格式、报文测试相关内容,并具体说明NMT报文、心跳报文、同步报文、SDO、PDO等

CANopen是位于CAN总线之上的应用层协议。CAN报文由7个不同的位域组成,CANopen主要是规定了其中的仲裁域和数据域的使用情况。

1. CANopen报文格式

CANopen的报文格式为COB-ID+D0+D1+…..+D7, 放入CAN帧的数据,低字节优先。例如数据0x01020304对应如下组织:COB-ID 04030201。COB-ID= Function Code+Node ID(或其他),如图所示:

  • Function Code(二进制):
  • EMCY:0001;
  • PDO:0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010;
  • SDOrx : 1011;
  • SDOtx : 1100;
  • NMT error control : 1110;
  • NMT : 0000;
  • SYNC : 0001;
  • TIME STAMP : 0010;
  • 例子:182H=0001 1000 0010(B)
  • 11bit为 0011 0000 010:前四位0011为功能码PDO,后四位为节点,10=2即节点为2.

2. CANopen报文测试

1)Boot-up报文

Boot-up报文为CAN-ID=700+node_ID。当某个节点在initializing模式之后,进入pre-operational模式将发送boot-up报文,例如CIO102在上电之后会收到报文如下图。这个boot-up报文其实也是第一个心跳报文。

2)NMT报文

NMT状态机:1)Power on上电 2)自动切换到预操作状态3)6)网络管理切换到操作状态。4)7)网络管理切换到预操作状态。5)8)网络管理切换到停止状态。9)10)11)网络管理切换到应用层复位状态。12)13)14)网络管理切换到通讯复位状态。15)掉电或者硬件复位。

NMT协议:11-bit的CAN报文ID中只携带高4-bit的功能码,CANID均为000h,具备最高的 CAN 优先级。数据为Node-ID放在数据域的D1处;具体的NMT命令编码放在数据域的D0处!例:将节点1设置为operational状态:000 01 01

如果要对整个网络所有节点同时进行控制,则D1为0即可。例:将所有节点设置为operational状态000 01 00

3)心跳报文

Stare:0=Boot-up  4=stopped  5=operational 7F=pre-operational

CAN-ID为700+Node-ID数据为一个字节。如图,设备上电后处于pre-op状态,通过SDO写入心跳周期5s,每隔5s自动发送一次设备的状态,通过000 01 01将设备的状态切换为op。报文:601 2B 17 10 00 88 13 00 00:601为CAN-ID(600+NODE_ID),2B代表写两个字节,17 10 表示索引(根据报文格式低位在前,此处代表对象1017h),00表示子索引,88 13 00 00代表数据内容(低位在前则该数据为00 00 13 88=5000).

4)Node guard

主站发送一帧远程帧,节点应答700+Node_ID state

State:0=初始化,1=断开连接,2=连接,3=准备,4=stopped,5=operational,6=pre-operational

5)同步报文

同步窗口时间索引:1007 h约束了同步帧发送后从节点发送PDO的时效即在这个时间内发送的PDO才有效超过时间的PDO将被丢弃;通讯循环周期:索引 1006 h 规定了同步帧的循环周期。

测试过程:

  1. 令设备处于op状态
  2. 1800,1802的transmission type设为3

6)SDO

快速SDO

用于读/写某个节点的对象字典,其数据内容不超过四个字节。例如601 22 00 62 01 FF 00 00 00:601(600+Node_ID);22(不对传输数据的字节数做区分)=0010 0010(如下图)001表示写,0表示没有用到的字节数,00表示剩下的字节数,1表示快速传输,0表示data区没有字节数指示;01表示子索引;FF 00 00 00 表示数据区的内容。

SDO写

  • CCS: 客户端的命令码 [1:写入初始化请求]
  • X: unused bits
  • n: 字节数 (n表示后面4个字节数据剩余的数量)
  • e: transfer expedited (快速传输,无分段)
  • s: data区是否为字节数指示:0表示data区无,1表示data区的数值为要写入的数据
  • SCS: 服务器命令码 [3:写入初始化响应]

SDO读

  • CCS: 客户端命令码 [2:读SDO初始化请求]
  • n: 当快速模式时,表示data区内空余的字节数
  • e: transfer type:1表示快速传输,无分段
  • s: data size indicator
  • SCS: 服务器端命令码 [2:读SDO初始化响应]
  • X: unused bits

SDO命令符

下图为SDO测试的过程,包括读6200 01和6200 02的读写操作。

分段SDO/块传输

针对读写数据超过四个字节的情况,报文测试进行分段传输。报文传输如下图所示,601 40 08 10 00 00 00 00表示读取1008索引10子索引。41 01 10 00 0D 00 00 00;60 00 00 00 00 00 00 00;70 00 00 00 00 00 00 00该为确认报文信息。00 68 69 70 65 63 73 2D;13 43 49 4F 31 30 32 00为具体内容,其中00和13为命令码;其他通过查ASCII表68:h;69:i;70:p;65:e;63:c;73:s;2D:-;43:C;49:I;4F:O;31:1;30:0;32:2;00:NULL;即内容为:hipecs-CIO02。

7)PDO

PDO有三种触发机制:事件触发、远程帧、同步。

PDO的COB-ID组成如下方的表格所示:

此处的COB-ID就是文章开头所说的其他的情况,这一应用主要在修改PDO映射中。其中PDO的COB-ID主要有以下这些:

PDO通讯中有两个重要的概念,通讯参数与映射参数(CiA301中规定了他们的对象),通讯参数中定义了该设备所使用的COB-ID、传输类型、禁止时间、事件定时器触发时间、同步起始值。

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