CANOPEN协议详解

.一、CAN-BUS介绍1.CAN的基本概念、特征CAN是控制器区域网络(以下简称为CAN )的ISO*1国际标准化串行通信协议。如表3所示，CAN协议复盖在ISO中规定的OSI基本参考模型的输送层、数据链路层、物理层。具体示出了关于CAN协议中的ISO/OSI基本参考模型的传输层、数据链路层和物理层的哪些定义？. ISO/OSI基本参考模型ISO/OSI基本参考模型各级别定义的主要项目软件控制第7层：应用层提供实际应用程序可用的服务。6层：显示层进行数据表现形式的转换。例如文字设定、数据压缩、加密等控制五楼：对话楼层正确收发控制数据以便建立基于会话的通信。4层：传输层控制数据传输顺序、传输错误的恢复等，保证通信质量。例如纠错、重传控制。3层：网络层路由或中继数据传输。例如，单元间的数据交换、地址管理。硬件控制第2层：数据链路层物理层接收的信号(比特序列)被构造成有意义的数据，并提供传输差错控制等数据传送控制流程。 例如访问方法、数据的形式。通信方式、连接控制方式、同步方式、错误检测方式。 响应方式、通信方式、数据包(帧)的构成。 比特的调制方式，包括比特定时条件。一层：物理层通信中使用的电缆、连接器等介质、电气信号的规格等进行了规定机器之间的信号传输。 例如信号电平、收发机、电缆、连接器等形态。【注】*1OSI:opensystemsinterconnection (开放系统间相互连接)CAN的特点CAN协议具有以下特点。(1)多主控制总线空闲时，所有设备都可以开始发送消息(多主控制)。 首次访问总线的单元可以获得发送权。(2)消息的发送在CAN协议中，所有消息都以固定格式发送。 如果总线空闲，则连接到总线的所有设备都可以开始发送新消息。 如果两个或更多单元同时发起消息发送，则按标识符(标识符以下ID )来确定优先级。 ID不表示发送目的地地址，而表示访问总线的消息的优先级。 在两个以上的单元同时开始发送消息的情况下，对各消息ID的每个比特进行仲裁比较。 仲裁获胜的单元(被判定为优先级最高的单元)可以继续发送消息，仲裁失败的单元立即停止发送进行接收作业。(3)系统的灵活性连接总线的单元没有“地址”这样的信息。 因此，向总线添加小区时，不需要改变连接到总线的其他小区的硬件、软件和应用层。(4)通信速度根据整个网络的规模，可以设定适当的通信速度。在同一网络中，所有单元必须设定为统一的通信速度。 即使某个单元的通信速度与其他单元不同，该单元也会输出错误信号，妨碍网络整体的通信。 通信速度可能因网络而异。(5)远程数据请求通过发送“遥控器帧”，可以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单元均可检测错误(错误检测功能)。检测到错误的单元会立即同时通知所有其他单元(错误通知功能)。发送消息的单元检测到错误时，强制结束当前的发送。 强制发送结束的单元重复重新发送该消息，直到成功发送为止(错误恢复功能)。(7)故障关闭CAN可确定错误的类型是总线上的临时数据错误(例如，外部噪声等)还是连续数据错误(例如，单元内部故障、驱动器故障、断线等)。 该功能在总线发生连续数据错误的情况下，能够将引起该故障的单元从总线分离。(8)连接CAN总线是可同时连接多个单元的总线。 可以连接的单元总数在理论上没有限制。 但是，实际可连接的单元数受总线上的时间延迟和电负载的限制。 降低通信速度，提高可连接的单元数增加的通信速度，可连接的单元数减少。2. CAN协议和标准规范2.1 ISO标准化的CAN协议CAN协议在ISO标准化后，有ISO11898标准和ISO11519-2标准两种。 ISO11898和ISO11519-2标准的数据链路层定义相同，但物理层不同。(关于ISO11898ISO11898是通信速度为125kbps-1Mbps的CAN高速通信标准。当前，ISO11898在添加新规章后成为ISO11898-1的新标准。(关于ISO11519ISO11519是通信速度在125kbps以下的CAN低速通信标准。ISO11519-2是ISO11519-1添加了新规章的版本。【注】*1通信速度通信速度由系统设定。*2总线长度总线的长度由系统设定。通信速度与最大总线长度的关系如下图所示。CAN收发器根据两条总线(CAN_High与CAN_Low )之间的电势差来确定总线电平。总线水平分为显性水平和隐性水平。 公共汽车必须是两个水平之一。 如果在总线上执行逻辑线“and”，则显性等级为“0”，隐性等级为“1”。 物理层的特征如下图所示。ISO11898、ISO11519-2物理层的特征2.2 CAN和标准规格不仅是ISO，societyofautomotiveengineers (SAE )等其他组织团体企业也标准化了CAN协议。基于CAN的各种标准规格按照表6所示的面向汽车的通信协议，以通信速度为基准进行了分类。表6. CAN协议和标准规范名字博莱托标准适用区域SAE J1939-11战斗机250k双线式、屏蔽双绞线卡车客车SAE J1939-12战斗机250k双线式、屏蔽双绞线、12V供电农业机械SAE J2284战斗机500k双线式、双绞线(非屏蔽)汽车(高速：动力传动系统)SAE J2411133.3k、83.3k单线铁路汽车(低速：车体系统)NMEA-2000战斗机62.5k、125k、250k、500k、1M双线式、屏蔽双绞线供电船舶DeviceNet125k，250k，500k双线式、屏蔽双绞线24V电源工业设备CANopen公司10、20、50、125k、250k、500k、800k、1M双线式、双绞线选购件(屏蔽、供电)工业设备SDS125k，250k，500k，1M双线式、屏蔽双绞线选购配件(供电)工业设备3. CAN协议帧传输的细节3.1帧的种类通信在以下5种帧中进行。数据帧遥控框架错误帧过载框架帧间隔另外，数据帧和遥控器帧有标准格式和扩展格式这两种格式。 标准格式具有11位标识符(Identifier:以下称为ID )扩展格式具有29位ID。表示各种框架的用途。框架的种类和用途框架框架用途数据帧用于发送单元向接收单元传输数据的帧。遥控框架接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧。错误帧用于在检测到错误时向其他单元通知错误的帧。过载框架接收单元通知接收设备不可用的帧。帧间隔用于将数据帧和遥控器帧与前一帧分开的帧。3.2数据帧数据框架由七个分段组成。数据帧的结构如图所示。(1)帧开始指示数据帧开始的段。(2)仲裁段表示帧优先级的段。(3)控制段表示数据的字节数和保留位的段。(四)分段数据的内容可以发送08字节的数据。(5) CRC分段检查帧的传输错误段。(6) ACK段表示确认已成功接收的段。(7)帧结束指示数据帧结束的段。在下文中，将描述帧的配置。配置数据帧(1)帧开始(标准、扩展格式相同)指示框架开始的区段。 第一名优势。数据帧(帧开始)公共汽车水平有显性水平和隐性水平两种。如果在总线上执行逻辑线“and”，则显性等级的逻辑值为“0”，隐性等级为“1”。“优越性”具有“优先”的意思，如果一个单元输出优越性等级，在总线上就成为优越性等级。 而且，“隐性”具有“包容”的意思，所有单元都输出隐性等级，在总线上成为隐性等级。 (显性水平比隐性水平强。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析(2)仲裁段表示数据优先级的段。标准格式和扩展格式在这里的配置不同。数据帧(调解段)【注】ID标准格式的ID为11位。 从ID28顺序地发送到ID18。 禁止前七名为隐性。(禁止设定： ID=1111111XXXX )扩展格式的ID为29位。 基本的ID由ID28到ID18表示，扩展的ID由ID17到ID0表示。 基本ID和标准格式的ID相同。 禁止前七名为隐性。 (禁止设定：基本ID=1111111XXXX )(3)控制段控制段由6位组成，表示数据段的字节数。 标准格式和扩展格式的构成不同。数据帧(控制段)【注】*1预约位(r0、r1 )所有保留位必须在显性水平上发送。 然而，接收者能够接收优先级、劣先级及其任何组合的等级。*2数据长度代码(DLC )数据长度代码和数据字节数的对应关系如表8所示。数据的字节数必须在0到8字节之间。 但是，对方是DLC=915的情况下不视为错误。数据长度代码和字节数的关系(4)数据段(标准、扩展格式相同)段可以包含0到8字节的数据。 从MSB (最高位比特)输出。(5) CRC分段(标准/扩展格式相同)CRC分段是检查帧传输错误的帧。 15位CRC序列和1位CRC定界符(用于分离位)。【注】CRC序列CRC顺序是基于多项式生成的CRC值，其中CRC的计算范围包括帧开始、仲裁段、控制段和数据段。接收方使用相同的算法计算并比较CRC值，如果不一致则报告错误。(6) ACK段ACK分段用于确定是否成功接收到。 由ACK槽和ACK定界符2比特构成。【注】*1发送单元的ACK段所述发送单元在ACK分段中发送两个比特的低阶比特。*2接收单元的ACK段接收到正确消息的单元可以向ACK时隙发送优先级比特，以通知所述发送单元正常接收的完成。 这被称为“发送ACK”或“返回ACK”。对于既不是总线关闭也不是睡眠的所有接收单元，接收到正常消息的单元发送单元不发送ACK。 正常消息是不包含填充错误、格式错误和CRC错误的消息。3.3遥控器框架所述接收单元向所述发送单元请求用于发送数据的帧。 遥控器框架由六个部分组成。 遥控器框架没有数据框架的数据段。遥控器框架的结构如图所示。(1)帧开始(SOF )指示框架开始的区段。(2)仲裁段表示帧优先级的段。 可以请求具有相同ID的数据帧。(3)控制段表示数据的字节数和保留位的段。(4) CRC分段检查帧的传输错误段。(5) ACK段表示确认已成功接收的段。(6)帧结束表示遥控器框架结束的段。遥控器框架的构成数据帧与遥控帧的区别遥控器帧的RTR比特是隐性比特，没有数据段。可以以RTR比特来区分没有分段的数据帧和遥控器帧。由于远程帧没有段，数据长度代码如何表示？遥控器帧的数据长度码由被请求的数据帧的数据长度码来表示。没有分段的数据帧的目的是什么？例如，可用于各单元的定期连接确认/响应、仲裁段自身有实质性信息的情况。3.4错误帧用于在收发消息时检测错误通知错误的帧。 错误帧由错误标志和错误分隔符组成。错误帧的结构如图所示。(1)错误标志错误标志有主动错误标志和被动错误标志两种。活动错误标志： 6位显性位。被动错误标志： 6位隐性位。(2)错误定义符错误定义符由8比特的隐性比特构成。3.5过载框架过载帧是用于接收单元通知接收准备未完成的帧。 过载帧由过载标志和过载分隔符组成。过载帧的结构如图所示。(1)过载标志第六名优势。过载标志的配置与活动错误标志的配置相同。(2)过载定义符第八位的隐性地位。过载定界符的结构与错误定界符的结构相同。3.6帧间隔帧间隔是用于分离数据帧和远程帧的帧。 通过插入帧时间间隔，数据帧和远程控制帧可以从先前的任意帧(数据帧、远程控制帧、错误帧、过载荷帧)分离出该帧。不能在超载帧和错误帧之前插入帧间隔。在图中表示帧间隔的结构。3.7优先级的确定在总线空闲的情况下，最初发送消息的单元取得发送权。当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仲裁。 可连续输