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CANopen协议简单介绍和使用

ds 2025/5/1 18:52:10

文章目录

一、CAN总线介绍
二、CAN总线的帧类型
三、CAN总线的特性
四、Linux中的CAN帧驱动结构体
五、CAN总线升级版本-CANFD
六、更高层封装的协议-应用层封装的CANopen协议
总结

一、CAN总线介绍

CAN总线（Controller Area Network）是一种串行通信协议，最初由德国博世公司于1986年开发，主要用于汽车电子系统中的控制单元通信。如今，它已广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备、航空航天等多个领域。

二、CAN总线的帧类型

1.数据帧：用于节点向外传输数据
2.遥控帧：用于向远端节点请求数据
3.错误帧：用于向远端节点通知错误，请求重新发送上一次的数据
4.过载帧：用于通知远端节点，本节点还没有做好接收数据的准备
5.帧间隔：用于将数据帧和遥控帧与前面的帧进行分割开来

三、CAN总线的特性

CAN总线可以实现多主控制，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
多个单元同时开始发送时，发送高优先级 ID 消息的单元可获得发送权；
发送数据的优先级的定义，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;
在总线空闲时，所有的节点都可以发送数据。这一点可以说是CAN总线的容易扩展的原因。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;
数据重传和数据重发。可通过发送“遥控帧” 请求其他单元发送数据;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；
CAN总线可以连接的设备的数量在现实世界中是有一定的限制的。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。

四、Linux中的CAN帧驱动结构体

truct can_frame {canid_t can_id;  /* 32 bit CAN_ID + EFF/RTR/ERR flags */canid_t can_id; /* 32 位 CAN_ID + EFF/RTR/ERR 标志 */__u8 can_dlc; /* 以字节为单位的帧有效负载长度 （0 .. 8） */__u8 __pad; /*填充*/__u8 __res0; /* 保留 / 填充 */__u8 __res1; /* 保留 / 填充 */__u8    data[8] __attribute__((aligned(8)));
};

五、CAN总线升级版本-CANFD

CAN FD（Controller Area Network with Flexible Data-rate）是传统 CAN 协议的升级版，旨在解决传统 CAN 在数据传输速率和数据负载方面的局限性。
主要功能：
可变速率：CAN FD 支持在仲裁阶段（最高 1 Mbps）和数据阶段（最高可达 8 Mbps）之间动态切换速率。
数据负载扩展：单帧数据长度从传统 CAN 的 8 字节扩展到 64 字节，减少协议开销，提高数据吞吐量。
增强的错误检测：采用更长的 CRC 校验（17 位或 21 位），覆盖填充位，降低错误漏检率。
兼容性：与传统 CAN 协议兼容，支持在同一网络中共存。

六、更高层封装的协议-应用层封装的CANopen协议

在这里插入图片描述
过程数据对象（PDOs）：用于实时数据交换
服务数据对象（SDOs）：用于设备配置和参数更新
网络管理（NMT）协议：用于控制和监控网络状态
同步（SYNC）和紧急消息（EMCY）：用于确保时间关键型过程的执行

本次选用CANopenNode的CANopen开源协议栈，移植开源协议栈至linux系统中，开启网卡进行测试。
CANopenNode源代码开源地址
CANopenLinux源代码开源地址

打开CAN设备

root@localhost:~/CANopenLinux-master/CANopenNode#
root@localhost:~/CANopenLinux-master/CANopenNode# ip link set can0 up type can bitrate 500000
root@localhost:~/CANopenLinux-master/CANopenNode#

编译源代码
在这里插入图片描述
在本地创建CANopen的连接，注意在使用CANopen的命令行操作之前，需要将本地CAN网络卡进行打开，否则会出现以下的报错信息：

正常运行的收发如下：

打开上位机软件可以发现发送过来的数据，CANopen命令字典的使用。使用这个对象字典编辑器可以实现对象字典的生成，这个工具非常方便。然后将生成的对象字典文件加入到源码中再次编译即可。
对象字典编辑器下载地址
在这里插入图片描述