虹科分享 | 简单实用的CANopen介绍，看完你就明白了（1）——CANopen基础概念

目前，CANopen通讯协议已经在工业领域得到了广泛的使用，由于其面向对象的设计思路，CANopen协议已成为欧洲等国家的自动化公司标配的通讯接口之一。在本系列文章中，我们将介绍CANopen协议的基础内容，包括对象字典、服务、SDO、PDO和主/从站节点等。

一、什么是CANopen？

CANopen是一种基于CAN的通信协议。这项协议非常有用，因为它可以让设备、节点（如工业机械）之间具有现成的互操作性，以及它提供了安装前和安装后配置设备的标准方法。CANopen最初是为面向运动的机器控制系统设计的，如今，它被广泛用于电机控制（步进/伺服电机）领域，并在以下应用中得到广泛使用：

• 机器人技术：包括自动化机器人、传送带和其他工业机械
• 医疗：包括X射线发生器、注射器、病人床和透析设备
• 汽车：包括农业、铁路、拖车、重型汽车和船舶等

CANopen是一个基于CAN总线的“高层协议”，这意味着CAN总线（ISO 11898）就像集装箱的卡车一般作为CANopen信息的“运输工具”。在OSI模型中，CAN总线代表两个最低层（物理层和数据链路层）。这意味着CAN只是实现了带有11位CAN ID、远程传输（RTR）位和64个数据位（与更高层的协议相关）的字段的帧的传输。换言之，CAN总线在CANopen中的作用与在J1939协议相同，而CANopen则实现了OSI模型的第七层，并能够适应除CAN以外的其他数据链路层协议（例如EtherCAT、Modbus、Powerlink）。

值得关注的是，随着CAN FD的推出，CANopen FD作为下一代CANopen标准，可能会发挥着越来越重要的作用。具体细节，欢迎到CiA官网中查看。

相较于CAN总线和J1939协议，CANopen协议新增了6个核心概念：

• 通信模式。设备/节点的通信有3种模式： 主/从站、客户端/服务器和生产者/消费者。
• 通信协议。用于通信的协议，如配置节点（SDO）或传输实时数据（PDO）等。
• 设备状态。一个设备支持不同的状态，一个 "主站 "节点可以改变一个 "从站 "节点，包括重置等操作。
• 对象字典。每个设备都有一个OD，其中有指定设备配置等的条目，它可以通过SDO访问。
• 电子数据表。EDS是OD条目的标准文件格式，它允许使用服务工具来更新设备。
• 设备设置文件。描述了I/O模块（CiA 401）和运动控制（CiA 402）等供应商独立性

二、CANopen通信基础知识

在CANopen网络中，需要多个设备进行通信，例如，在工业自动化设置中，你可能有一个带有多个伺服电机节点和一个控制接口/PC节点的机械臂。CANopen中存在着三种通信模式，每种模式都与我们所讨论的CANopen协议紧密相连。下面将简单介绍这三种模式：

第一， 主/从站。 一个节点（例如控制接口）作为应用主站或主控制器。它向从站设备（例如伺服电机）请求数据。这个过程被用于诊断或状态管理。在标准应用中，可以有0到127个从站。但需要注意，请注意：在单个CANopen网络中，可以有不同的主机控制器共享同一个数据链路层。

第二， 客户端/服务器。 客户端向服务器发送数据请求，服务器回复请求的数据。例如，当应用程序主站需要从站的OD中获取数据时使用这一模式。从服务器上读取是一种 “上传”，而“写入”是一种 “下载”（该术语采用服务器端的角度）。

第三， 消费者/生产者。 该模式中生产者节点向网络广播数据，由消费者节点消费。生产者根据请求（拉模型）或没有特定请求（推模型）发送此数据。

显然，这些模型实际上是相同的，但为了术语的一致性，我们对它们进行了区分。

在下一篇文章中，我们将继续讲解CANopen通信基础知识，欢迎关注以便第一时间获取更新的内容。虹科在CAN、CANopen等领域深耕多年，有着深厚的技术实力，目前已面向国内市场推出了CANopen开发源代码、CANopen数据记录仪，和支持CANopen协议的网关、板卡、IO等。