一、CAN-BUS介绍
1．CAN的基本概念、特点
CAN 是 Controller Area Network的缩写（以下称为 CAN），是 ISO*1国际标准化
的串行通信协议。
CAN 协议如表 3 所示涵盖了 ISO 规定的 OSI 基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层。
CAN 协议中关于 ISO/OSI 基本参照模型中的传输层、数据链路层及物理层，具体有哪些定义如图所示。
. ISO/OSI
ISO/OSI 基本参照模型 7 层：应用层 6 层：表示层 软件控制 基本参照模型
各层定义的主要项目 由实际应用程序提供可利用的服务。 进行数据表现形式的转换。 如：文字设定、数据压缩、加密等的控制 5 层：会话层 4 层：传输层 为建立会话式的通信，控制数据正确地接收和发送。 控制数据传输的顺序、传送错误的恢复等，保证通信的品质。 如：错误修正、再传输控制。 3 层：网络层 进行数据传送的路由选择或中继。 如：单元间的数据交换、地址管理。 2 层：数据链路层 制 将物理层收到的信号（位序列）组成有意义的数据，提供传输错误控等数据传输控制流程。 如：访问的方法、数据的形式。 硬件控制 通信方式、连接控制方式、同步方式、检错方式。 应答方式、通信方式、包（帧）的构成。 位的调制方式（包括位时序条件）。 1 层：物理层 现 规定了通信时使用的电缆、连接器等的媒体、电气信号规格等，以实设备间的信号传送。 如：信号电平、收发器、电缆、连接器等的形态。 【注】 *1 OSI：Open Systems Interconnection （开放式系统间互联）
CAN的特点
CAN 协议具有以下特点。 (1) 多主控制
在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）。 最先访问总线的单元可获得发送权。
(2) 消息的发送
在 CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符
（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID 并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息 ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。
(3) 系统的柔软性
与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。
(4) 通信速度
根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。
在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。
(5) 远程数据请求
可通过发送“遥控帧” 请求其他单元发送数据。 (6) 错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能 所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）。
检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）。
正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。
(7) 故障封闭
CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。
(8) 连接
CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。
2. CAN协议及标准规格
2.1 ISO 标准化的CAN协议
CAN 协议经 ISO 标准化后有 ISO11898 标准和 ISO11519-2 标准两种。ISO11898和 ISO11519-2 标准对于数据链路层的定义相同，但物理层不同。
(1) 关于 ISO11898
ISO11898 是通信速度为 125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信标准。 目前，ISO11898 追加新规约后，成为 ISO11898-1 新标准。 (2) 关于 ISO11519
ISO11519 是通信速度为 125kbps以下的 CAN 低速通信标准。 ISO11519-2 是 ISO11519-1 追加新规约后的版本。
【注】 *1 通信速度 通信速度根据系统设定。 *2 总线长度
总线的长度根据系统设定。
通信速度和最大总线长度的关系如下图所示。
CAN 收发器根据两根总线（CAN_High 和 CAN_Low）的电位差来判断总线电平。
总线电平分为显性电平和隐性电平两种。 总线必须处于两种电平之一。 总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平为“0”，隐性电平为“1”。物理层的特征如下图所示。
ISO11898、ISO11519-2 的物理层特征
2.2 CAN和标准规格
不仅是 ISO，SAE（Society of Automotive Engineers）等其它的组织、团体、企业也对 CAN 协议进行了标准化。
基于 CAN 的各种标准规格如表 6 所示面向汽车的通信协议以通信速度为准进行了分类。
表 6. CAN 协议和标准规格
名称 SAE J1939-11 SAE J1939-12 SAE J2284 250k 250k 500k 波特率 规格 双线式、屏蔽双绞线 双线式、屏蔽双绞线、12V 供电 双线式、双绞线（非屏蔽） SAE J24111 33.3k、83.3k 单线式 适用领域 卡车、大客车 农用机械 汽车 （高速：动力、传动系统） 汽车 （低速：车身系统） NMEA-2000 62.5k、125k、250k、 500k、1M 双线式、屏蔽双绞线 供电 双线式、屏蔽双绞线 24V 供电 船舶 DeviceNet 125k、250k、500k 工业设备 CANopen 10k、20k、50k、125k、 250k、500k、800k、1M 双线式、双绞线 可选（屏蔽、供电） 双线式、屏蔽双绞线 可选（供电） 工业设备 SDS 125k、250k、500k、1M 工业设备
3. CAN协议帧发送细节
3.1 帧的种类
通信是通过以下 5 种类型的帧进行的。 ? 数据帧 ? 遥控帧 ? 错误帧 ? 过载帧 ? 帧间隔
另外， 数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。 标准格式有 11 个位的标识符 （Identifier: 以下称 ID） ，
扩展格式有 29 个位的 ID。 各种帧的用途如表所示。
帧的种类及用途
帧 数据帧 遥控帧 错误帧 过载帧 帧间隔 帧用途 用于发送单元向接收单元传送数据的帧。 用于接收单元向具有相同 ID 的发送单元请求数据的帧。 用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧。 用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧。
3.2 数据帧
数据帧由 7 个段构成。 数据帧的构成如图所示。 (1) 帧起始
表示数据帧开始的段。 (2) 仲裁段
表示该帧优先级的段。 (3) 控制段
表示数据的字节数及保留位的段。
(4) 数据段
数据的内容，可发送 0～8 个字节的数据。 (5) CRC 段
检查帧的传输错误的段。 (6) ACK段
表示确认正常接收的段。 (7) 帧结束
表示数据帧结束的段。 下面对帧的构成进行说明。
数据帧的构成
(1) 帧起始（标准、扩展格式相同） 表示帧开始的段。1 个位的显性位。
数据帧（帧起始）
总线上的电平有显性电平和隐性电平两种。
总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平的逻辑值为“0”，隐性电平为“1”。
“显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。并且，“隐性”具有“包容”的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。（显性电平比隐性电平更强。）
(2) 仲裁段
表示数据的优先级的段。
标准格式和扩展格式在此的构成有所不同。
数据帧（仲裁段）
【注】 ID
标准格式的 ID 有 11 个位。从 ID28 到 ID18 被依次发送。禁止高 7 位都为隐性。（禁止设定：ID=1111111XXXX）
扩展格式的 ID 有 29 个位。基本 ID 从 ID28 到 ID18，扩展 ID 由 ID17 到 ID0 表示。基本 ID 和
标准格式的 ID 相同。禁止高 7 位都为隐性。（禁止设定：基本 ID=1111111XXXX）
(3) 控制段
控制段由 6 个位构成，表示数据段的字节数。标准格式和扩展格式的构成有所不同。
数据帧（控制段）
【注】 *1 保留位（r0、r1）
保留位必须全部以显性电平发送。但接收方可以接收显性、隐性及其任意组合的电平。
*2 数据长度码（DLC）
数据长度码与数据的字节数的对应关系如表 8 所示。
数据的字节数必须为 0～8 字节。但接收方对 DLC = 9～15 的情况并不视为错误。
数据长度码和字节数的关系
(4) 数据段（标准、扩展格式相同）
数据段可包含 0～8 个字节的数据。从 MSB（最高位）开始输出。
(5) CRC 段（标准/扩展格式相同）
CRC段是检查帧传输错误的帧。由 15 个位的 CRC 顺序和 1 个位的 CRC界定符（用于分隔的位）构成。
【注】 CRC 顺序
CRC 顺序是根据多项式生成的 CRC 值，CRC 的计算范围包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段。
接收方以同样的算法计算 CRC 值并进行比较，不一致时会通报错误。 (6) ACK段
ACK 段用来确认是否正常接收。由 ACK 槽(ACK Slot)和 ACK 界定符 2 个位构成。
【注】 *1 发送单元的 ACK段
发送单元在 ACK段发送 2 个位的隐性位。 *2 接收单元的 ACK段
接收到正确消息的单元在 ACK槽(ACK Slot)发送显性位， 通知发送单元正常接收结束。 这称作“发送 ACK”或者“返回 ACK”。 发送 ACK 的是在既不处于总线关闭态也不处于休眠态的所有接收单元中，接收到
CRC正常消息的单元发送单元不发送 ACK。所谓正常消息是指不含填充错误、格式错误、
错误的消息。
3.3 遥控帧
接收单元向发送单元请求发送数据所用的帧。遥控帧由 6 个段组成。遥控帧没有数据帧的数据段。
遥控帧的构成如图所示。 (1) 帧起始（SOF） 表示帧开始的段。 (2) 仲裁段
表示该帧优先级的段。可请求具有相同 ID 的数据帧。 (3) 控制段
表示数据的字节数及保留位的段。 (4) CRC 段
检查帧的传输错误的段。 (5) ACK段
表示确认正常接收的段。 (6) 帧结束
表示遥控帧结束的段。
遥控帧的构成
? 数据帧和遥控帧的不同
遥控帧的 RTR 位为隐性位，没有数据段。
没有数据段的数据帧和遥控帧可通过 RTR 位区别开来。
? 遥控帧没有数据段，数据长度码该如何表示？
遥控帧的数据长度码以所请求数据帧的数据长度码表示。
? 没有数据段的数据帧有何用途？
例如，可用于各单元的定期连接确认/应答、或仲裁段本身带有实质性信息的情况下。
3.4 错误帧
用于在接收和发送消息时检测出错误通知错误的帧。错误帧由错误标志和错误界定符构成。
错误帧的构成如图所示。 (1) 错误标志
错误标志包括主动错误标志和被动错误标志两种。 主动错误标志：6 个位的显性位。 被动错误标志：6 个位的隐性位。 (2) 错误界定符
错误界定符由 8 个位的隐性位构成。
3.5 过载帧
过载帧是用于接收单元通知其尚未完成接收准备的帧。过载帧由过载标志和过载界定符构成。
过载帧的构成如图所示。 (1) 过载标志 6 个位的显性位。
过载标志的构成与主动错误标志的构成相同。 (2) 过载界定符 8 个位的隐性位。
过载界定符的构成与错误界定符的构成相同。
3.6 帧间隔
帧间隔是用于分隔数据帧和遥控帧的帧。数据帧和遥控帧可通过插入帧间隔将本帧与前面的任何帧（数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧）分开。
过载帧和错误帧前不能插入帧间隔。 帧间隔的构成如图所示。
3.7 优先级的决定
在总线空闲态，最先开始发送消息的单元获得发送权。
多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁段的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可继
续发送。
仲裁的过程如图 28 所示。
3.8 位填充
位填充是为防止突发错误而设定的功能。当同样的电平持续 5 位时则添加一个位的反型数据。
位填充的构成如图所示。
3.9 错误的种类
错误共有 5 种。多种错误可能同时发生。
3.11 位时序
由发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一个位可分为 4 段。
? 同步段（SS） ? 传播时间段（PTS） ? 相位缓冲段 1（PBS1） ? 相位缓冲段 2（PBS2）
这些段又由可称为 Time Quantum（以下称为 Tq）的最小时间单位构成。 1 位分为 4 个段，每个段又由若干个 Tq 构成，这称为位时序。
1 位由多少个 Tq 构成、每个段又由多少个 Tq 构成等，可以任意设定位时序。通过设定位时序，多个单元可
同时采样，也可任意设定采样点。
各段的作用和 Tq 数如表 11 所示。1 个位的构成如图所示。
3.12 硬件同步
接收单元在总线空闲状态检测出帧起始时进行的同步调整。 在检测出边沿的地方不考虑 SJW 的值而认为是 SS 段。 硬件同步的过程如图 33 所示。
3.13 再同步
在接收过程中检测出总线上的电平变化时进行的同步调整。
每当检测出边沿时，根据 SJW 值通过加长 PBS1 段，或缩短 PBS2 段，以调整同步。但如果发生了超出 SJW值的误差时，最大调整量不能超过 SJW 值。
再同步如图所示。
3.2 错误
3.2.1 错误状态的种类 单元始终处于 3 种状态之一。 (1) 主动错误状态
主动错误状态是可以正常参加总线通信的状态。
处于主动错误状态的单元检测出错误时，输出主动错误标志。 (2) 被动错误状态
被动错误状态是易引起错误的状态。
处于被动错误状态的单元虽能参加总线通信，但为不妨碍其它单元通信，接收时不能积极地发送错误通知。
处于被动错误状态的单元即使检测出错误，而其它处于主动错误状态的单元如果没发现错误，整个总线也被
认为是没有错误的。
处于被动错误状态的单元检测出错误时，输出被动错误标志。
另外，处于被动错误状态的单元在发送结束后不能马上再次开始发送。在开始下次发送前，在间隔帧期间内
必须插入“延迟传送”(8 个位的隐性位)。 (3) 总线关闭态
总线关闭态是不能参加总线上通信的状态。 信息的接收和发送均被禁止。
这些状态依靠发送错误计数和接收错误计数来管理，根据计数值决定进入何种状态。错误状态和计数值的关
系如表 1 及图 4 所示。
二、CANOPEN发展
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。
? 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。 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：
Application Layer ViA DSP-404 CiA DSP-401 CiA DSP-xxx Communication Pr ofile CiA DS-301
Data Link Layer
Chip CAN 2.0A
Physical Layer ISO11898
Cable
图 1.1
CiA 102 DS V2.0 CAN physical layer for industrial applications
CiA 102 WD V2.0.2: CAN physical layer specification for industrial applications CiA 103 DSP V1.0: CANopen intrinsically safe capable - Physical layer specification CiA 150 DS V1.1 CAN power management layer specification
CiA 201/207 DS V1.1 CAN Application layer for industrial applications CiA 301 DS V4.0.2: CANopen application layer and communication profile
CiA 302 DSP V3.3: Framework for CANopen managers and programmable CANopen devices CiA 302-1 DSP V4.0 CANopen additional application layer functions – Part 1: General definitions CiA 302-2 DSP V4.0 CANopen additional application layer functions - Part 2: Network management
CAN、CANopen 标准在 OSI 网络模型中的位置框图
CiA 302-3 WD V3.4.4: CANopen additional application layer functions - Part 3: Configuration and program download
CiA 302-4 DSP V4.0 CANopen additional application layer functions - Part 4: Network variables and process image
CiA 302-5 WD V3.4.4 CANopen additional application layer functions - Part 5: SDO manager CiA 302-6 DSP V4.0 CANopen additional application layer functions - Part 6: Network redundancy CiA 302-7 WDP V0.0.4 CANopen additional application layer functions - Part 7: Multi-level networking
CiA 303-1 DR V1.5: CANopen additional specification - Part 1: Cabling and connector pin assignment
CiA 303-2 DR V1.4: CANopen additional specification - Part 2: Representation of SI units and prefixes
CiA 303-3 DR V1.3: CANopen additional specification - Part 3: Indicator specification CiA 304 DS V1.0.1: CANopen framework safety-relevant communication CiA 305 DSP V2.0: CANopen layer setting services (LSS) and protocols CiA 306 DS V1.3: Electronic data sheet specification for CANopen CiA 307 DSP V1.1.1: CANopen framework for maritime electronics CiA 308 TR V1.0.1: CANopen performance measurement basics
CiA 309-1 DS V1.1: Interfacing CANopen with TCP/IP - Part 1: General principles and services CiA 309-2 DS V1.1: Interfacing CANopen with TCP/IP - Part 2: Modbus/TCP mapping CiA 309-3 DS V1.1: Interfacing CANopen with TCP/IP - Part 3: ASCII mapping CiA 310–1 WD V1.0.5: CANopen Conformance test plan — Part 1: CiA 301 testing CiA 311 DSP V1.0: CANopen device description - XML schema definition
CiA 312–1 WD V0.0.1: CANopen Device profile test plan — Part 1: General definitions CiA 312–2 WD V0.0.1: CANopen Device profile conformance test plan — Part 2: Generic I/O modules
CiA 400 DSP V1.0: CANopen interface profile - Multi-level networking CiA 401 DSP V3.0: CANopen device profile generic I/O modules
CiA 402-1 DSP V3.0 CANopen drives and motion control device profile - Part 1: General definition CiA 402-2 DSP V3.0 CANopen drives and motion control device profile – Part 2: Operation modes and application data
CiA 402-3 DSP V3.0 CANopen drives and motion control device profile – Part 3: PDO mapping CiA 404 DS V1.2: CANopen device profile measuring devices and closed-loop controllers CiA 405 DS V2.0: CANopen interface and device profile for IEC 61131-3 programmable devices CiA 406 DS V3.2: CANopen device profile for encoder
CiA 408 DS V1.5.2: CANopen profile fluid power technology proportional valves and hydraulic transmissions
CiA 410 DS V1.2: CANopen profile for inclinometer
CiA 412-1 DS V1.0 CANopen profiles for medical devices - Part 1: General definitions
CiA 412-2 DS V1.0 CANopen profiles for medical devices - Part 2: Automatic X-ray collimator CiA 412-6 DSP V1.0 CANopenprofiles for medical devices - Part 6: Dose measurement system CiA 413-1 DSP V2.0: CANopen device profiles for truck gateways - Part 1: General definitions and default communication objects
CiA 413-1 WD V2.0.2 CANopen device profile for truck gateways - Part 1: General definitions
CiA 413-2 DSP V2.0: CANopen device profiles for truck gateways - Part 2: Application object for brake and running gear
CiA 413-3 DSP V2.0: CANopen device profile for truck gateways - Part 3: Application objects for other than brake and running gear equipment
CiA 413-3 WD V2.0.2 CANopen device profile for truck gateways - Part 3: Other than brake and running gear devices
CiA 413-4 WDP V0.0.6 CANopen device profile for truck gateways - Part 4: Application objects for diagnostics
CiA 413-5 DSP V1.0: CANopen device profiles for truck gateways - Part 5: Application objects for superstructure
CiA 413-5 WD V1.0.2 CANopen device profile for truck gateways - Part 5: Superstructure objects CiA 413-6 DSP V1.0: CANopen device profiles for truck gateways - Part 6: Framework for J1939-based networks
CiA 413-6 WD V1.0.2 CANopen device profile for truck gateways - Part 6: Framework for J1939-based networks
CiA 413-7 WD V0.0.1.0 CANopen device profile for truck gateways - Part 7: CANopen tunneling for ISO 11992-3 based networks
CiA 414-1 DS V1.1: CANopen device profiles for weaving machines – Part 1: General definitions CiA 414-2 DS V1.1: CANopen device profiles for weaving machines – Part 2: Feeders
CiA 415 DSP V2.1 CANopen sensor system application profile - For road construction machines CiA 416-1 DSP V2.0: CANopen application profile for building door control - Part 1: General definitions, start-up procedures and system security
CiA 416-2 DSP V2.0: CANopen application profile for building door control - Part 2: Virtual devices overview
CiA 416-3 DSP V2.0: CANopen application profile for building door control - Part 3: Pre-defined communication objects and application objects specification
CiA 417-1 DSP V1.0.1 CANopen application profile for lift control systems - Part 1: General definitions and physical layer specifications
CiA 417-2 DSP V1.0.1 CANopen application profile for lift control systems - Part 2: Virtual device definitions
CiA 417-3 DSP V1.0.1 CANopen application profile for lift control systems - Part 3: Pre-defined communication objects
CiA 417-4 DSP V1.0.1 CANopen application profile for lift control systems - Part 4: Detailed application object specification
CiA 418 DS V1.0.1: CANopen device profile for battery modules CiA 419 DS V1.0.1: CANopen device profile for battery charger
CiA 420-1 DS V3.0 CANopen profiles for extruder downstream devices - Part 1: General definitions CiA 420-2 DS V3.0 CANopen profiles for extruder downstream devices - Part 2: Puller CiA 420-3 DS V3.0 CANopen profiles for extruder downstream devices - Part 3: Corrugator CiA 420-4 DS V3.0 CANopen profiles for extruder downstream devices - Part 4: Saw CiA 420-5 DS V2.0 CANopen profiles for extruder downstream devices - Part 5: Simple and advanced co-extruder
CiA 420-6 DS V1.0 CANopen profiles for extruder downstream devices - Part 6: Calibration-table CiA 421-1 DSP V1.0: CANopen application profile for train vehicle control system - Part 1: General definitions
CiA 421-4 DSP V1.0: CANopen application profile for train vehicle control system - Part 4: Auxiliary operating system
CiA 421-5 DSP V1.0: CANopen application profile for train vehicle control networks - Part 5: Power (drive) system
CiA 421-9 WD V0.0: CANopen application profile for train vehicle control systems - Part 9: Vehicle linkage device
CiA 421-10 DSP V1.0: CANopen application profile for train vehicle control system - Part 10: Exterior lighting system
CiA 421-11 DSP V1.0: CANopen application profile for train vehicle - Part 11: Interior lighting system
CiA 421-12 DSP V1.0: CANopen application profile for train vehicle control system - Part 12: Door control system
CiA 422-1 DSP V1.0: CANopen application profile for municipal systems - Part 1: General definitions and physical layer specifications
CiA 422-1 WD V1.1.1 CANopen application profile for municipal vehicles - Part 1: General definitions and physical layer specifications
CiA 422-2 DSP V1.0: CANopen application profile for municipal vehicles - Part 2: Virtual device definitions
CiA 422-2 WD V1.1.1 CANopen application profile for municipal vehicles - Part 2: Virtual device definitions
CiA 422-3 DSP V1.0: CANopen application profile for municipal systems - Part 3: Pre-defined CiA 422-3 WD V1.1.1 CANopen application profile for municipal vehicles - Part 3: Pre-defined CiA 422-4 DSP V1.0: CANopen application profile for municipal vehicles - Part 4: Detailed application object specification
CiA 422-4 WD V1.1.1 CANopen application profile for municipal vehicles - Part 4: Detailed application object specification
CiA 423-1 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 1: General definitions
CiA 423-2 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 2: Traction controller
CiA 423-3 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 3: Diesel engine control unit
CiA 423-4 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 4: Transmission control unit
CiA 423-5 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicles power drive systems - Part 5: Diesel engine safety control unit
CiA 423-6 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 6: Speed sensor unit
CiA 423-7 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 7: Diesel engine signal unit
CiA 423-8 DSP V0.0.1: Application profile rail power drive system - Part 8: Clutch control unit CiA 423-9 DSP V0.0.1: Application profile rail power drive system - Part 8: Gear control unit CiA 423-10 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 10: Particle filters control unit
CiA 423-11 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 11: Starter unit
CiA 423-12 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle power drive systems - Part 12: Oil refill unit
CiA 424-1 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle door control systems - Part 1: General definitions
CiA 424-2 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle door control systems - Part 2: Door controller
CiA 424-3 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle door control systems - Part 3: Door unit
CiA 425-1 DSP V2.0 CANopen application profile for medical diagnostic add-on modules – Part 1: General definitions
CiA 425-2 DSP V2.0.1 CANopenapplication profile for medical diagnostic add-on modules – Part 2: Injector
CiA 425-3 WD V0.9.9: CANopen application profile for medical diagnostic add-on modules - Part 3: Electrocardiogram
CiA 426-1 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle exterior lighting control - Part 1: General definitions
CiA 426-2 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle exterior lighting control - Part 2: Exterior lighting controller
CiA 426-3 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle exterior lighting control - Part 3: Exterior lighting unit
CiA 430-1 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 1: General definitions
CiA 430-2 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 2: Auxiliary operating system controller
CiA 430-3 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 3: Power train cooling control unit
CiA 430-4 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 4: Coolant expansion tank unit
CiA 430-5 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 5: Power train cooling fan control unit
CiA 430-6 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 6: Engine pre-heating unit
CiA 430-7 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 7: Hydrostatic signal unit
CiA 430-8 DSP V0.1: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 8: Battery charger unit
CiA 430-9 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle auxiliary operating systems - Part 9: Generator unit
CiA 433-1 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle interior lighting control - Part 1: General definitions
CiA 433-2 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle interior lighting control - Part 2: Interior lighting controller
CiA 433-3 DSP V1.0: CANopen application profile for rail vehicle interior lighting control - Part 3: Interior lighting unit
CiA 434-1 DSP V1.0: CANopen profiles for laboratory automation systems – Part 1: General definitions
CiA 434-2 WD V0.0.7: CANopen profiles for laboratory automation systems – Part 2: CANopen device profile for dilutor, dispenser and pump units
CiA 435-1 WDP V0.0.1: CANopen application profile for heating, ventilation and air-conditioning - Part 1: General definitions
CiA 435-2 WDP V0.0.1: CANopen application profile for heating, ventilation and air-conditioning - Part 2: Detailed object description
CiA 436-1 WDP V0.0.2 CANopen construction machine application profile - Part 1: General definitions
CiA 436-2 WDP V0.0.1 CANopen construction machine application profile - Part 2: Engine system CiA 436-3 WDP V0.0.1 CANopen construction machine application profile - Part 3: Driver/user interface system
CiA 436-4 WDP V0.0.3 CANopen construction machine application profile - Part 4: Sensor system CiA 436-5 WDP V0.0.1 CANopen construction machine application profile - Part 5: Transmission system
CiA 437-1 DSP V1.0: CANopen application profile for grid-based photovoltaic – Part 1: General definitions
CiA 437-2 DSP V1.0: CANopen application profile for grid-based photovoltaic – Part 2: Pre-defined communication objects
CiA 437-3 DSP V1.0: CANopen application for grid-based profile photovoltaic – Part 3: Detailed process data specification
CiA 444-1 DSP V1.0 CANopen application profile for crane add-on devices - Part 1: General definitions
CiA 444-2 DSP V1.0 CANopen application profile for crane add-on devices - Part 2: Spreader CiA 445 DSP V1.0: CANopen device profile for RFID devices
CiA 446 DSP V1.0: CANopen Interface profile for AS-Interface gateways
CiA 447-1 FWD V0.9.1: CANopen application profile for special-purpose car add-on devices – Part 1: General definitions
CiA 447-2 FWD V0.9.1: CANopen application profile for special-purpose car add-on devices – Part 2: Virtual device definition
CiA 447-3 FWD V0.9.1: CANopen application profile for special-purpose car add-on devices – Part 3: Detailed process data specification
CiA 447-4 FWD V0.9.1: CANopen application profile for special-purpose car add-on devices – Part 4: Pre-defined CAN-IDs and communication objects
CiA 452 WDP V0.0.0.3 CANopen device profile - PLCopen motion control CiA 453 WD V0.0.0.1: CANopen device profile power supply CiA 801 AN V1.0: CANopen automatic bit-rate detection
CiA 802 AN V1.0: CANopen CAN remote frames - Avoiding of usage
CiA 808 AN V1.0 CANopen CiA 444 application note and implementation guideline
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 2-1。
表 2-1
映射到 CAL 服务和对象的 COB-ID(11 位 CAN 标识符)
COB-ID 0 1 221 - 441 - 661 - 881 - 1101 - 1321 - 1541 - - 220 440 660 880 1100 1320 1540 1760 服务或对象 NMT 启动/停止服务 CMS 对象 优先级 0 CMS 对象 优先级 1 CMS 对象 优先级 2 CMS 对象 优先级 3 CMS 对象 优先级 4 CMS 对象 优先级 5 CMS 对象 优先级 6 CMS 对象 优先级 7
1761 - 2016 -
2015 2031 NMT 节点保护 NMT，LMT，DBT 服务
注意：这是 CAN2.0A 标准，11 位 ID 范围[0，2047]，由于历史原因限制在[0，2031]。
29 位 ID 并不改变这个描述；如果使用 CAN2.0B标准，表中的 11 位映射到 29 位 COB-ID
中的最高 11 位，以至于表中的 COB-ID范围变得增大许多。
三、CANopen基本结构与通信子协议简单介绍
CAL 提供了所有的网络管理服务和报文传送协议，但并没有定义 CMS 对象的内容或者正在通讯的对象的类型（它只定义了 how，没有定义 what）。而这正是 CANopen 切入点。 CANopen 是在 CAL 基础上开发的，使用了 CAL 通讯和服务协议子集，提供了分布式控制系统的一种 实现方案。CANopen 在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意扩展：或简单或复杂。
CANopen 的核心概念是设备对象字典Object Dictionary）（OD：，在其它现场总线（Profibus，Interbus-S） 系统中也使用这种设备描述形式。注意：对象字典不是 CAL 的一部分，而是在 CANopen 中实现的。
硬件 通讯协议 设备子协议
对11位ID进行分析 根据OD索引将数据放入存储区
NMT 物理层 PDO 映射参数
特殊功数据链路 数据报文 能对象 层 SDO PDO映
射
对8字节报文前四字节进行分析形成索引 .
CAN2.0A/B Communication Profile 301 Device Profile 401
CANopen 预定义主/从连接集 CAN 标识符分配表
CANopen 预定义主/从连接集的广播对象 功能码 对象 （ID-bits 10-7） 0000 0001 0010 COB-ID 000H 080H 100H 引 通讯参数在 OD 中的索映射参数在OD中的索引 NMT Module Control SYNC TIME SSTAMP - 1005H，1006H，1007H 1012H，1013H CANopen 主/从连接集的对等对象 对象 功能码 功能码 （ID-bits 10-7） 紧急 0001 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1110 COB-ID 081H-0FFH 181H-1FFH 201H-27FH 281H-2FFH 301H-37FH 381H-3FFH 401H-47FH 481H-4FFH 501H-57FH 581H-5FFH 601H-67FH 701H-77FH 引 通讯参数在 OD 中的索 1A00H 1600H 1A01H 1601H 1A02H 1602H 1A03H 1603H 1024H，1015H 1800H 1400H 1801H 1401H 1802H 1402H 1803H 1403H 1200H 1200H 1016H-1017H PDO1(发送) PDO1(接收) PDO2(发送) PDO2(接收) PDO3(发送) PDO3(接收) PDO4(发送) PDO4(接收) SDO(发送/服务器) SDO(接收/客户) NMT Error Control ? RPDO communication parameter index = 1400h + RPDO-number -1 ? TPDO communication parameter index = 1800h + TPDO-number -1 ? RPDO mapping parameter index = 1600h + RPDO-number -1 ? TPDO mapping parameter index = 1A00h + TPDO-number -1
CANopen 通讯模型定义了 4 种报文（通讯对象）： 1． 管理报文
? 层管理，网络管理和 ID 分配服务：如初始化，配置和网络管理（包
括：节点保护）。
? 服务和协议符合 CAL 中的 LMT，NMT 和 DBT 服务部分。这些服
务都是基于主从通讯模式：在
CAN 网络中，只能有一个 LMT，NMT 或 DBT 主节点以及一个或多个从节点。
2． 服务数据对象 SDO(Service Data Object)
? 通过使用索引和子索引（在 CAN 报文的前几个字节），SDO 使客户
机能够访问设备（服务器） 对象字典中的项（对象）。
? 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（一个 SDO 需要两
个 ID）。SDO 请求和应答报 文总是包含 8 个字节（没有意义的数据长度在第一个字节中表示，第一个字节携带协议信息）。 SDO 通讯有较多的协议规定。
3． 过程数据对象 PDO（Process Data Object）
? 用来传输实时数据， 数据从一个生产者传到一个或多个消费者。数据传送限制在 1 到 8 个字节
（例如，一个 PDO 可以传输最多 64 个数字 I/O 值，或者 4 个 16 位的 AD 值）。
? PDO 通讯没有协议规定。PDO 数据内容只由它的 CAN ID 定义，
假定生产者和消费者知道这个
PDO 的数据内容。
? 每个 PDO 在对象字典中用 2 个对象描述：
? PDO 通讯参数：包含哪个 COB-ID 将被 PDO 使用，传输类型，禁止时间和定时器周期。
? PDO 映射参数：包含一个对象字典中对象的列表，这些对象映射到 PDO 里，包括它们的数 据长度（in bits）。生产者和消费者必须知道这个映射，以解释 PDO 内容。
? PDO 消息的内容是预定义的（或者在网络启动时配置的）：
映射应用对象到 PDO 中是在设备对象字典中描述的。如果设备（生产者和消费者）支持可变 PDO
映射，那么使用 SDO 报文可以配置 PDO 映射参数。
? PDO 可以有多种传送方式：
? 同步（通过接收 SYNC 对象实现同步）
? 非周期：由远程帧预触发传送，或者由设备子协议中规定的
对象特定事件预触发传送。
? 周期：传送在每 1 到 240 个 SYNC 消息后触发。 ? 异步 ? ?
由远程帧触发传送。
由设备子协议中规定的对象特定事件触发传送。
表 3-2 给出来了由传输类型定义的不同 PDO 传输模式，传输类型为 PDO 通讯参数对象的一部分，由8 位无符号整数定义。
表 3-2 PDO 传输类型定义
传输类型 0 1-240 241-251 252 253 254 255 触发 PDO 的条件 Event B - - - - O O (B = both needed O = one or both) SYNC B O - B - - - RTR - - - B O O O PDO 传输 同步，非循环 同步，循环 Reserved 同步，在 RTR 之后 异步，在 RTR 之后 异步，制造商特定事件 异步，设备子协议特定事件 说明： ? SYNC –接收到 SYNC-object。 ? RTR －接收到远程帧。 ? Event –例如数值改变或者定时器中断。 ? 传输类型为：1 到 240 时，该数字代表两个 PDO 之间的 SYNC 对象的数目）。
? 一个 PDO 可以指定一个禁止时间，即定义两个连续 PDO 传输
的最小间隔时间，避免由于高优
先级信息的数据量太大，始终占据总线，而使其它优先级较低的数据无力竞争总线的问题。禁止 时间由 16 位无符号整数定义，单位 100us。 ? 一个 PDO 可以指定一个事件定时周期，当超过定时时间后，一
个 PDO 传输可以被触发（不需要触发位）。事件定时周期由 16 位无符号整数定义，单位 1ms。
? PDO 通过 CAL 中存储事件类型的 CMS 对象实现。PDO 数
据传送没有上层协议，而且 PDO 报文没有确认（一个 PDO 需要一个
CAN-ID）。每个 PDO 报文传送最多 8 个字节（64 位）数据。
4． 预定义报文或者特殊功能对象
? 同步（SYNC）
? 在网络范围内同步（尤其在驱动应用中）：在整个网络范围内当前输入值准同时保存，随后 传送（如果需要），根据前一个 SYNC 后接收到的报文更新输出值。
? 主从模式：SYNC 主节点定时发送 SYNC 对象，SYNC 从节点收到后同步执行任务。
? 在 SYNC 报文传送后，在给定的时间窗口内传送一个同步 PDO。
? 用 CAL 中基本变量类型的 CMS 对象实现。
? CANopen 建议用一个最高优先级的 COB-ID 以保证同步信号正常传送。SYNC 报文可以不 传送数据以使报文尽可能短。
? 时间标记对象（Time Stamp） ? 为应用设备提供公共的时间帧参考。
? 用 CAL 中存储事件类型的 CMS 对象实现。
? 紧急事件（Emergency） ? 设备内部错误触发。
? 用 CAL 中存储事件类型的 CMS 对象实现。 ? 节点/寿命保护（Node/Life guarding）。 ? 主从通讯模式
? NMT 主节点监控节点状态：称作节点保护（Node guarding）。 ? 节点也可以（可选择）监控 NMT 主节点的状态：称作寿命保护（Life guarding）。当 NMT
从节点接收到 NMT 主节点发送的第一个 Node Guard 报文后启动寿
命保护。 ? 检测设备的网络接口错误（不是设备自身的错误）：通过应急指示报告。
? 根据 NMT 节点保护协议实现： NMT 主节点发送远程请求到一个特定节点，节点给出应 答，应答报文中包含了这个节点的状态。
? Boot-UP ? 主从通讯模式
? NMT 从节点通过发送这个报文，向 NMT 主节点说明该节点已经由初始化状态进入预操作状态。
CANopen 设备
上面提到的通讯对象类型中有二个对象用于数据传输。它们采用两种不同的数据传输机制实现：
? SDO 用来在设备之间传输大的低优先级数据，典型的是用来
配置 CANopen 网络上的设备。
? PDO 用来传输 8 字节或更少数据，没有其它协议预设定（意
味着数据内容已预先定义）。
一个 CANopen 设备必须支持一定数量的网络管理服务（管理报文，administrative messages），需要至 少一个 SDO。每个生产或消费过程数据的设备需要至少一个 PDO。所有其它的通讯对象是可选的。
四．消息细节（通信协议 301）与设备子协议401介绍
下面先介绍对象字典（OD：Object Dictionary） ，然后再介绍CANopen通讯机制。
4.1 对象字典 OD
对象字典（OD：Object Dictionary）是一个有序的对象组；每个对象采用一个 16 位的索引值来寻址， 为了允许访问数据结构中的单个元素，同时定义了一个 8 位的子索引，对象字典的结构参照表 4-1。不要被 对象字典中索引值低于 0x0FFF 的‘data types’项所迷惑，它们仅仅是一些数据类型定义。一个节点的对 象字典的有关范围在 0x1000 到 0x9FFF 之间。
表 4-1
CANopen 对象字典通用结构
索引 0000 Not used 静态数据类型 （标准数据类型，如 Boolean，Integer 16） 复杂数据类型 （预定义由简单类型组合成的结构如 PDOCommPar，SDOParameter） 制造商规定的复杂数据类型 设备子协议规定的静态数据类型 设备子协议规定的复杂数据类型 Reserved 通讯子协议区域 (如设备类型，错误寄存器，支持的 PDO 数量) 制造商特定子协议区域 标准的设备子协议区域 (例如“DSP-401 I/O 模块设备子协议”：Read State 8 Input Lines 等) 对象 0001 - - - - - - - - - 001F 003F 005F 007F 009F 0FFF 1FFF 5FFF 9FFF 0020 0040 0060 0080 00A0 1000 2000 6000
A000 -
FFFF Reserved
CANopen 网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参
数。
一个节点的对象字典是在电子数据文档（EDS：Electronic Data Sheet）中描述或者记录在纸上。不必要也不需要通过 CAN-bus“审问”一个节点的对象字典中的所有参数。如果一个节点严格按照在纸上的对 象字典进行描述其行为，也是可以的。节点本身只需要能够提供对象字典中必需的对象（而在 CANopen 规定中必需的项实际上是很少的），以及其它可选择的、构成节点部分可配置功能的对象。
CANopen 由一系列称为子协议的文档组成。
通讯子协议（communication profile），描述对象字典的主要形式和对象字典中的通讯子协议区域中的 对象，通讯参数。同时描述 CANopen 通讯对象。这个子协议适用于所有的 CANopen 设备。
还有各种设备子协议（device profile），为各种不同类型设备定义对象字典中的对象。目前已有 5 种不
同的设备子协议，并有几种正在发展。 设备子协议为对象字典中的每个对象描述了它的功能、名字、索引和子索引、数据类型，以及这个对象是必需的还是可选的，这个对象是只读、只写或者可读写等等。
注意：一个设备的通讯功能、通讯对象、与设备相关的对象以及对象的缺省值由电子数据文档（EDS：Electronic Data Sheet）中提供。单个设备的对象配置的描述文件称作设备配置文件（DCF：Device Configuration File），它和 EDS 有相 同的结构。二者文件类型都在 CANopen 规范中定义。
设备子协议定义了对象字典中哪些 OD 对象是必需的，哪些是可选的；必需的对象应该保持最少数目 以减小实现的工作量。
可选项――在通讯部分和与设备相关部分――可以根据需要增加以扩展 CANopen 设备的功能。如果 需要的项超过了设备子协议中可以提供的，在设备子协议中已预留由足够空间提供给厂商的特定功能使用。
对象字典中描述通讯参数部分对所有 CANopen 设备（例如在 OD 中的对象是相同的，对象值不必一 定相同）都是一样的。对象字典中设备相关部分对于不同类的设备是不同的。
4．2 CANopen 通讯
前面说明了 CANopen 中对象字典的概念，现在我们来介绍在 CANopen 网络中的通讯消息，它们的内 容和功能，换句话：CANopen 通讯模式。 注意：请区分对象字典中的对象（使用对象字典索引和子索引）和通讯对象（或者消息，使用 COB-ID）。
硬件 通讯协议 设备子协议
对11位ID进行分析 根据OD索引将数据放入存储区
NMT 物理层 PDO 映射参数
特殊功数据链路 数据报文 能对象 层 SDO PDO映
射
CAN2.0A/B Communication Profile 301 Device Profile 401
SDO 对8字节报文前四字节进行分析形成索引 . CANopen 预定义主/从连接集 CAN 标识符分配表
CANopen 预定义主/从连接集的广播对象 功能码 对象 （ID-bits 10-7） 0000 0001 0010 COB-ID 000H 080H 100H 引 通讯参数在 OD 中的索映射参数在OD中的索引 NMT Module Control SYNC TIME SSTAMP - 1005H，1006H，1007H 1012H，1013H CANopen 主/从连接集的对等对象 功能码
对象 功能码 （ID-bits 10-7） COB-ID 引 通讯参数在 OD 中的索 紧急 PDO1(发送) PDO1(接收) PDO2(发送) PDO2(接收) PDO3(发送) PDO3(接收) PDO4(发送) PDO4(接收) SDO(发送/服务器) SDO(接收/客户) NMT Error Control 0001 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1110 081H-0FFH 181H-1FFH 201H-27FH 281H-2FFH 301H-37FH 381H-3FFH 401H-47FH 481H-4FFH 501H-57FH 581H-5FFH 601H-67FH 701H-77FH 1024H，1015H 1800H 1400H 1801H 1401H 1802H 1402H 1803H 1403H 1200H 1200H 1016H-1017H 1A00H 1600H 1A01H 1601H 1A02H 1602H 1A03H 1603H ? RPDO communication parameter index = 1400h + RPDO-number -1 ? TPDO communication parameter index = 1800h + TPDO-number -1 ? RPDO mapping parameter index = 1600h + RPDO-number -1 ? TPDO mapping parameter index = 1A00h + TPDO-number -1
预定义连接集 ID
CANopen 通讯模型定义了 4 种报文（通讯对象）： 1． 管理报文
? 层管理，网络管理和 ID 分配服务：如初始化，配置和网络管理（包
括：节点保护）。
? 服务和协议符合 CAL 中的 LMT，NMT 和 DBT 服务部分。这些服
务都是基于主从通讯模式：在
CAN 网络中，只能有一个 LMT，NMT 或 DBT 主节点以及一个或多个从节点。
2． 服务数据对象 SDO(Service Data Object)
? 通过使用索引和子索引（在 CAN 报文的前几个字节），SDO 使客户
机能够访问设备（服务器） 对象字典中的项（对象）。
? 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（一个 SDO 需要两
个 ID）。SDO 请求和应答报 文总是包含 8 个字节（没有意义的数据长度在第一个字节中表示，第一个字节携带协议信息）。 SDO 通讯有较多的协议规定。
3． 过程数据对象 PDO（Process Data Object）
? 用来传输实时数据， 数据从一个生产者传到一个或多个消费者。数据传送限制在 1 到 8 个字节
（例如，一个 PDO 可以传输最多 64 个数字 I/O 值，或者 4 个 16 位的 AD 值）。
? PDO 通讯没有协议规定。PDO 数据内容只由它的 CAN ID 定义，
假定生产者和消费者知道这个
PDO 的数据内容。
? 每个 PDO 在对象字典中用 2 个对象描述：
? PDO 通讯参数：包含哪个 COB-ID 将被 PDO 使用，传输类型，禁止时间和定时器周期。
? PDO 映射参数：包含一个对象字典中对象的列表，这些对象映射到 PDO 里，包括它们的数 据长度（in bits）。生产者和消费者必须知道这个映射，以解释 PDO 内容。
? PDO 消息的内容是预定义的（或者在网络启动时配置的）：
映射应用对象到 PDO 中是在设备对象字典中描述的。如果设备（生产者和消费者）支持可变 PDO
映射，那么使用 SDO 报文可以配置 PDO 映射参数。
? PDO 可以有多种传送方式：
? 同步（通过接收 SYNC 对象实现同步）
? 非周期：由远程帧预触发传送，或者由设备子协议中规定的
对象特定事件预触发传送。
? 周期：传送在每 1 到 240 个 SYNC 消息后触发。 ? 异步 ? ?
由远程帧触发传送。
由设备子协议中规定的对象特定事件触发传送。
表 4-2 给出来了由传输类型定义的不同 PDO 传输模式，传输类型为 PDO 通讯参数对象的一部分，由8 位无符号整数定义。
表 4-2 PDO 传输类型定义
传输类型 0 1-240 241-251 252 253 254 255 触发 PDO 的条件 Event B - - - - O O (B = both needed O = one or both) SYNC B O - B - - - RTR - - - B O O O PDO 传输 同步，非循环 同步，循环 Reserved 同步，在 RTR 之后 异步，在 RTR 之后 异步，制造商特定事件 异步，设备子协议特定事件 说明： ? SYNC –接收到 SYNC-object。 ? RTR －接收到远程帧。 ? Event –例如数值改变或者定时器中断。 ? 传输类型为：1 到 240 时，该数字代表两个 PDO 之间的 SYNC 对象的数目）。
? 一个 PDO 可以指定一个禁止时间，即定义两个连续 PDO 传输
的最小间隔时间，避免由于高优
先级信息的数据量太大，始终占据总线，而使其它优先级较低的数据无力竞争总线的问题。禁止 时间由 16 位无符号整数定义，单位 100us。 ? 一个 PDO 可以指定一个事件定时周期，当超过定时时间后，一
个 PDO 传输可以被触发（不需要触发位）。事件定时周期由 16 位无符号整数定义，单位 1ms。
? PDO 通过 CAL 中存储事件类型的 CMS 对象实现。PDO 数
据传送没有上层协议，而且 PDO 报 文没有确认（一个 PDO 需要一个
CAN-ID）。每个 PDO 报文传送最多 8 个字节（64 位）数据。
4． 预定义报文或者特殊功能对象
? 同步（SYNC）
? 在网络范围内同步（尤其在驱动应用中）：在整个网络范围内当前输入值准同时保存，随后 传送（如果需要），根据前一个 SYNC 后接收到的报文更新输出值。
? 主从模式：SYNC 主节点定时发送 SYNC 对象，SYNC 从节点收到后同步执行任务。
? 在 SYNC 报文传送后，在给定的时间窗口内传送一个同步 PDO。
? 用 CAL 中基本变量类型的 CMS 对象实现。
? CANopen 建议用一个最高优先级的 COB-ID 以保证同步信号正常传送。SYNC 报文可以不 传送数据以使报文尽可能短。
? 时间标记对象（Time Stamp） ? 为应用设备提供公共的时间帧参考。
? 用 CAL 中存储事件类型的 CMS 对象实现。
? 紧急事件（Emergency） ? 设备内部错误触发。
? 用 CAL 中存储事件类型的 CMS 对象实现。 ? 节点/寿命保护（Node/Life guarding）。 ? 主从通讯模式
? NMT 主节点监控节点状态：称作节点保护（Node guarding）。 ? 节点也可以（可选择）监控 NMT 主节点的状态：称作寿命保护（Life guarding）。当 NMT
从节点接收到 NMT 主节点发送的第一个 Node Guard 报文后启动寿
命保护。 ? 检测设备的网络接口错误（不是设备自身的错误）：通过应急指示报告。
? 根据 NMT 节点保护协议实现： NMT 主节点发送远程请求到一个特定节点，节点给出应 答，应答报文中包含了这个节点的状态。
? Boot-UP ? 主从通讯模式
? NMT 从节点通过发送这个报文，向 NMT 主节点说明该节点已经由初始化状态进入预操作状态。
图 4-1
CANopen 设备
上面提到的通讯对象类型中有二个对象用于数据传输。它们采用两种不
同的数据传输机制实现：
? SDO 用来在设备之间传输大的低优先级数据，典型的是用来
配置 CANopen 网络上的设备。
? PDO 用来传输 8 字节或更少数据，没有其它协议预设定（意
味着数据内容已预先定义）。
一个 CANopen 设备必须支持一定数量的网络管理服务（管理报文，administrative messages），需要至 少一个 SDO。每个生产或消费过程数据的设备需要至少一个 PDO。所有其它的通讯对象是可选的。一个 CANopen 设备中 CAN 通讯接口、对象字典和应用程序之间的联系如图 4-1 所示。
3．3 CANopen 预定义连接集
为了减小简单网络的组态工作量，CANopen 定义了强制性的缺省标识符（CAN-ID）分配表。这些标 志符在预操作状态下可用，通过动态分配还
CANopen 设备必须向它所支持的通讯对象的提供 相应的标识可修改他们。
符。
缺省 ID 分配表是基于 11 位 CAN－ID，包含一个 4 位的功能码部分和一个 7 位的节点 ID(Node-ID)部 分。如图 4-2 所示。
预定义连接集 ID
Node-ID 由系统集成商定义，Node-ID 例如通过设备上的拨码开关设置。范围是 1~127（0 不允许被使 用）。
预定义的连接集定义了 4 个接收 PDO（Receive－PDO），4 个发送 PDO（Transmit－PDO），1 个 SDO
（占用 2 个 CAN-ID），1 个紧急对象和 1 个节点错误控制
(Node-Error-Control)ID。也支持不需确认的
NMT-Module-Control 服务，SYNC 和 Time Stamp 对象的广播。 缺省 ID 分配表如表 4-3 所示。
表格 4-3 CANopen 预定义主/从连接集 CAN 标识符分配表
CANopen 预定义主/从连接集的广播对象 对象 NMT Module Control SYNC TIME SSTAMP 功能码 （ID-bits 10-7） 0000 0001 0010 COB-ID 000H 080H 100H 通讯参数在 OD 中的索引 - 1005H，1006H，1007H 1012H，1013H CANopen 主/从连接集的对等对象 对象 紧急 功能码 功能码 （ID-bits 10-7） 0001 0011 0100 0101 0110 0111 1000 COB-ID 081H-0FFH 181H-1FFH 201H-27FH 281H-2FFH 301H-37FH 381H-3FFH 401H-47FH 通讯参数在 OD 中的索引 1024H，1015H 1800H 1400H 1801H 1401H 1802H 1402H PDO1(发送) PDO1(接收) PDO2(发送) PDO2(接收) PDO3(发送) PDO3(接收)
PDO4(发送) PDO4(接收) SDO(发送/服务器) SDO(接收/客户) NMT Error Control 1001 1010 1011 1100 1110 481H-4FFH 501H-57FH 581H-5FFH 601H-67FH 701H-77FH 1803H 1403H 1200H 1200H 1016H-1017H 注意：
? PDO/SDO 发送/接收是由（slave）CAN 节点方观察的。
? NMT 错误控制包括节点保护（Node Guarding），心跳报文（Heartbeat）和 Boot-up
协议。
3．4 CANopen 标识符分配
ID 地址分配表与预定义的主从连接集（set）相对应，因为所有的对等 ID 是不同的，所以实际上只有 一个主设备(知道所有连接的节点 ID)能和连接的每个从节点（最多 127 个）以对等方式通讯。两个连接在 一起的从节点不能够通讯，因为它们彼此不知道对方的节点 ID。
比较上表的 ID 映射和 CAL 的映射，显示了具有特定功能的 CANopen 对象如何映射到 CAL 中一般的
CMS 对象。
CANopen 网络中 CAN 标识符（或 COB-ID）分配 3 种不同方法： ? 使用预定义的主从连接集。ID 是缺省的，不需要配置。如果节点
支持，PDO 数据内容也可以配置。
? 上电后修改 PDO 的 IDSDO （在预操作状态），使用（预定义的）
在节点的对象字典中适当位置 进行修改。
? 使用 CAL DBT 服务：节点或从节点最初由它们的配置 ID
指称。节点 ID 可以由设备上的拨码 开关配置，或使用 CAL LMT 服务进行配置。当网络初始化完毕，并且启动后，主节点首先通
过”Connect_Remote_Node”报文（是一个 CAL NMT 服务）和每个连接的从设备建立一个对话。 一旦这个对话建立，CAN 通讯 ID（SDO 和 PDO）用 CAL DBT 服务分配好，这需要节点支持扩 展的 boot-up。
4．5 CANopen boot-up 过程
在网络初始化过程中，CANopen 支持扩展的 boot-up，也支持最小化 boot-up 过程。
扩展 boot-up 是可选的，最小 boot-up 则必须被每个节点支持。两类节点可以在同一个网络中同时存在。 如果使用 CAL 的 DBT 服务进行 ID 分配，则节点必须支持扩展 boot-up 过程。 可以用节点状态转换图表示这两种初始化过程，如图 4-3 所示。扩展 boot-up 的状态图在预操作和操
作状态之间比最小化 boot-up 多了一些状态。
注意：
图 4-3 CANopen 最小化 boot-up 节点状态转换图
? 图 3-3 中括号内的字母表示处于不同状态那些通讯对象可以使
用。
a. NMT ， b. Node Guard ， c. SDO ， d. Emergency ， e. PDO ， f. Boot-up
? 状态转移NMT 命令字（1－5 由 NMT 服务发起），（在括号中）： 1： Start_Remote_node (0x01)