原创 Canopen协议读后感想

    今天阅读了CiA组织发布的CANopen协议规范摘要《CANopen High-level protocol for CAN-bus》，对CANopen协议规范有了一个总体上的了解和把握。在此，有一些想法需要记录一下。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

       如果我是控制网络的协议制定者，那么我会考虑什么内容呢？通常我会考虑如下几个方面的内容：

1、  数据传输的实时性。控制网络通常是一个实时网络，需要数据传输的实时性，因此，在协议制定过程中，需要考虑传输的实时性。

2、  数据传输的可靠性。控制网络在数据交换的过程中，需要保证数据传输的可靠性，如果发生数据传输故障，需要保证网络的正常工作并且能够及时纠正传输故障。

3、  网络的智能性。控制网络中的局部节点存在故障时，网络中的主控节点通过一定的机制能够及时发现故障节点，并对其进行处理。另外，网络节点需要能够动态识别、配置。

4、  协议实现的简便性。网络协议不能过于复杂，很多控制网络节点资源有限，通常采用一些微控制器实现节点功能，因此，协议实现不能过于庞大和复杂。

5、  协议的通用性。控制网络中的节点类型多样化，设计的协议需要兼容多种控制节点类型，使协议本身具有通用性。

CANopen对上述几方面的考虑都进行了处理，达到了比较满意的效果：

1，  CANopen协议基于CAN-bus总线，CANbus总线在数据传输上采用了优先级仲裁的方式，优先级高的报文会吞没优先级低的报文，优先级低的报文会主动让出总线，这种方式可以保证高优先级报文的实时性，非常适合控制网络的应用。另一方面，为了保证数据传输的实时性，在考虑了控制网络数据交互特点的基础上，CANopen协议规范提出了PDO和SDO的操作对象，PDO对象最大数据传输量为8个字节，网络负载很轻，能够使得节点之间的数据高效交互。当需要大批量数据交互时，可以采用SDO对象，网络的数据负载会加重。为了最求控制实时性，控制网络一次数据交互量不能太长，CANopen协议充分利用了该特征，达到了数据传输实时性的目的。

2，  CANopen协议提出了OD（object dictionary，对象字典）的概念。这个概念非常重要，其使得控制节点抽象化、标准化了。所有的控制节点都可以理解成“字典”，主控节点对控制节点的操作可以理解成字典查找的过程。对象字典由两部分构成，一部分是标准字典；另一部分为设备字典。标准字典提供标准功能号的检索，CANopen协议提供了15个标准功能号（Function Code），例如NMT Module Control功能、SYNC功能、PDO1功能等等。15个标准功能都存在标准的字典入口，通过字典可以了解到标准功能的参数。PDO对象用于进行控制数据的传输，因此，PDO对象需要进行重映射，在标准字典的PDO功能号处放置PDO的映射信息，该映射信息也就是设备字典的查询信息。设备字典通常在OD的Standardised device profile area位置中存放。PDO的映射就可以实现特定节点的功能。在CANopen协议集中，为常用的控制节点指定了标准的子协议规范，即IO控制节点拥有一个子协议规范，ADC数据采集系统也会拥有一个子协议规范，这种协议设计方法使得CANopen变得很通用、扩展性极好，应用程序都可以实现互操作性。子协议规范本质上就是要实现设备字典的功能。作为一个控制节点开发商，如果实现的产品能够与其他厂商的产品完全兼容，那么不仅要实现CANopen的CiA DS301协议，而且还需要实现符合开发模块需求的子协议规范，例如CiA DS401等，只有这样才是一个完备的CANopen设备。

3，  CANopen协议提供了网络管理的功能，每个设备都存在工作状态，主控节点可以通过心跳信息去监测控制节点的状态，从而确保控制网络能够及时避免故障事件发生。另外，控制节点在上电初始化时，可以通过NMT对象向主控节点发送boot-up信息，使得网络自动构建，具有较高的智能化程度。

4，  CANopen实现不是非常复杂，可以运行在普通的微控制器之上。CANopen协议通常架构在CAN-bus之上，其需要底层总线具备双向通信的能力，对于RS485之类的总线，似乎不太适合采用CANopen协议规范。

CANopen所采用的对象字典模型对控制节点功能进行了标准化，这种模型可以统一所有节点的操作方式，从而为一系列协议标准的制定奠定基础。需要考虑的是，是否存在更好的设备模型，从而使得控制网络的操作更加高效和简单呢？

总体来说，CANopen协议规范架构在CAN-bus之上，可以实现控制网络实时数据交互的目的；采用字典对象可以抽象所有控制节点功能，一类标准化的协议集可以使得整个控制网络标准化，并且可以不断进行扩展。CANopen协议规范达到了不同厂商设备之间互操作性、互交换性的目的。