CAN与CANOpen（六）

CAN与CANOpen（一）基本概念 
CAN与CANOpen（二）报文格式 
CAN与CANOpen（三）错误处理
CAN与CANOpen（四）CANOpen对象字典 
CAN与CANOpen（五）PDO和SDO
CAN与CANOpen（六）网络管理和CAN FD

4.网络管理

CANOpen的网络管理使用了master/slave结构。Master通过模块控制服务，可以控制slave的状态：{STOPPED, PRE-OPERATIONAL, OPERATIONAL, INITIALISING}.模块控制服务可以只针对一个节点，也可以是所有节点同时改变。图40列出了模块控制服务的命令字，表8列出了命令字标识符与NMT的对应关系。图41是CANOpen设备上电之后的状态转换图及触发条件表9。设备上电初始化之后，设备进入PRE-OPERATIONAL状态，此时SDO服务开启。在这个状态设备可以配置参数已经分配ID。然后节点可以转换到OPERATIONAL状态，在OPERATIONAL状态PDO服务开启。节点状态与通讯对象之间的关系，可以参考表10。所以一般我们在设备处于PRE-OPERATIONAL状态时对设备进行配置。

图40 NMT命令字

表8NMT命令标识符

图41CANOpen器件的状态转换

表9触发条件

表10状态与通讯对象的关系

5.CAN FD

5.1CAN FD的主要特点

虽然CAN总线有各种有点，但是它也有传输速率低，数据传输效率低的缺点。随着CAN应用的增多，这个缺点也越来越突出。于是博世公司在2011年开发了CAN FD协议。

CAN FD对CAN协议主要有两点改进：一、速率可变。CAN报文在数据传输阶段可以使用更快的速率。二、一个CAN报文可传输的报文上限由8byte变为64byte。这两个改变是数据的传输速率提升了6倍[1]。

图42速率可变

图43数据场扩展到64byte

5.2CAN FD的实现

为了实现CAN FD，CAN FD报文的格式在CAN的基础上做了一些修改。

在仲裁场，原来的RTR（remote transmission request）位变为RRS（remote request substitution）位，并始终为显性。也就是说，CAN FD不支持远程帧。如果要使用远程帧可以使用CAN报文（CAN FD兼容经典的CAN报文）。

图44仲裁场的变化

对于控制场和数据场变化更大，这里体现了CAN FD和CAN的主要差别。

IDE（identifier extension）指示标识符的位数。如果为显性，则采用11位的标识符。如果为显性则采用29位的标识符。

FDF（flexible data rate format）标识是否为CAN FD 的帧格式。如果为显性，则报文为经典的CAN报文格式，数据场最多8个byte。如果为隐性，则数据场最多64byte。

BRS（bit-rate switch）指示是否采用可变速率。如果为显性，则数据场的传输速率与仲裁场相同，如果为隐性，数据场采用变速率传输。CAN FD推荐采用1:8的速率比，即数据场的传输速率是仲裁场的8倍。而且如果是可变速率，速率就是在BRS为的采样点开始变的。

ESI（error state indicator）指示节点错误状态。如果为显性，节点为错误主动节点。如果为隐性，节点为错误被动结点。

图45控制场与数据场的变化

为了支持最多64byte的数据场，DLC也发生了变化，见图46。

图46 CAN FD中DLC的表示

CAN FD还在安全性上有了提高。为了避免位填充对CRC的影响，CAN FD在CRC场中增加了stuff count记录填充位的个数对应8的模，并用Grey Code表示（图48）。还增加了奇偶校验位。FSB（fixed stuff-bit）固定为前一位的补码

图47 CRC场的变化

图 48 CAN FD 中的 stuff count 。

5.3 CAN FD的局限

CAN FD大大提高了CAN总线的通讯速率，对于全新设计的总线很有优势。但是对于已有CAN总线的改造就不会那么容易了。我觉得在兼容性方面CAN FD有两点局限：一、对于以前的CAN设备不能做到不修改硬件软件或者只修改软件而兼容新的CAN FD设备。如果想把经典的CAN设备挂载到CAN FD网络中，至少要在收发器和CAN控制器之间加处理芯片，以屏蔽CAN FD的报文。这样对于系统集成商来说成本很大，要想把一条CAN总线升级为CAN FD总线以为这原来总线上的所有设备都不能直接拿过来用。这其中的研发和测试成本不会低。二、CAN器件不能接受CAN FD报文。这样CAN FD设备要和CAN设备通讯就只能用经典的CAN协议。这样通讯效率就会打折扣。这个方面有点像Python2与Python3的改变，从现在的趋势来看，虽然依然有很多的应用时Python2的但是Python3是必然的趋势。所以只要CAN FD只要有足够好的应用，虽然有那么多的CAN设备，但仍然会代替CAN成为主流。

写在最后

最后我想介绍一下CiA的主席Holger Zeltwanger先生。

按我的理解在他的职位上应该是以为狂热的推销员。结果他是一位安静、严谨的学者。被称为CAN的教父。你对他提的所有问题，他只会从技术方面以真实数据来回答，不会给任何猜测和主观的答案。由于工作的原因和Holger先生接触过两次，时隔有7年。难能可贵的是除了容颜变老，一切都没有变，还是像一个做学问的学者。CiA是个非盈利组织，它的所有收入来自会员的会费。但是在他从不推销CiA的会员。真的难能可贵，很是敬佩。