一、CAN和CANopen簡介
CAN總線全稱為Controller Area 包裝機械、煙草等行業得到了廣泛的應用。CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1MBPS。CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等項工作。
CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優點可使網絡內的節點個數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進制數組成，因此可以定義211或229個不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點同時接收到相同的數據，這一點在分布式控制系統中非常有用。數據段長度最多為8個字節，可滿足通常工業領域中控制命令、工作狀態及測試數據的一般要求。同時，8個字節 不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業過程監控設備的互連，因此，越來越受到工業界的重視，并已公認為最有前途的現場總線之一。
另外，CAN總線采用了多主競爭式總線結構，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節點可在任意時刻主動地向網絡上其它節點發送信息而不分主次，因此可在各節點之間實現自由通信。CAN總線協議已被國際標準化組織認證，技術比較成熟，控制的芯片已經商品化，性價比高，特別適用于分布式測控系統之間的數通訊。CAN總線插卡可以任意插在PC、AT、XT兼容機上，方便地構成分布式監控系統。
而CANopen是基于CAN總線的應用層協議，在開放的現場總線標準中CANopen是最著名和成功的一種,已經在歐洲和美國獲得廣泛的認可和大量應用。1992年在德國成立了“自動化CAN用戶和制造商協會”(CiA,CANinAutomation)，開始著手制定自動化CAN的應用層協議CANopen。此后，協會成員開發出一系列CANopen產品，在機械制造、鐵路、車輛、船舶、制藥、食品加工等領域獲得大量應用。目前CANopen協議已經成為了一種新的工業現場總線標準EN-50325-4。CANopen協議是CAN-in-Automation(CiA)定義的標準之一，在歐洲，CANopen協議被認為是在基于CAN的工業系統中占領導地位的標準。大多數重要的設備類型，例如數字和模擬的輸入輸出模塊、驅動設備、操作設備、控制器、可編程控制器或編碼器，都在稱為“設備描述”的協議中進行描述;“設備描述”定義了不同類型的標準設備及其相應的功能。依靠CANopen協議的支持，可以對不同廠商的設備通過總線進行配置。
二、CANopen的基本知識
EDS文件
EDS (Electronic Data Sheet) EDS文件描述了CAN網絡上設備通信屬性(波特率、輸出類型、I/O提供…)。它由設備制造商提供，用于在配置工具中配置節點(就像Windows里的設備驅動程序)。
PDO PDO (過程數據對象)
CANopen幀包含I/O數據 區分在：
1、傳送PDO：TXPDO 帶有節點提供給其他節點的數據
2、接收PDO：RXPDO 節點消耗的數據 傳送的方向從節點的觀點看總是可見的。PDO沒有必要包含所有節點映象。通常模擬量和數字量被分成不同的PDO進行傳送。對輸出也是同樣如此! SDO SDO (服務數據對象) CANopen幀包含參數 SDO主要用于在程序運行時，從設備讀參數或者向設備寫參數 COB-ID COB-ID(通訊對象標識符) 每個CAN幀以一個COB-ID開頭，COB-ID作為CAN幀的標識符。
在配置階段，每個節點在接收COB-ID時，對幀來說，他是提供者或者消費者。
三、關于CANopen 介紹
CANopen是一個標準的工業控制系統現場總線協議。它特別適合實時控制的PLC ，因為它為集成的和可傳輸的工業應用提供了一個高效、低成本的解決方案。
CANopen協議
CANopen協議是建立在CAL協議基礎上的一個子協議。通過定義設備規范，它甚至更加適合于標準工業組件。C ANopen是一個CIA(CAN in Automation)標準，投入市場之初，它就迅速被推廣。在歐洲，CANopen現在已經被公認為基于CAN設計的工業系統的工業標準。
物理層
CAN使用差分驅動兩總線(公共回路)。CAN信號是CAN-high和CAN-low線之間的電壓差值。
CANopen協議
1:CAN-high線
2:CAN-low線
3:終端電阻：120Ω
4:節點
根據電磁兼容要求，總線可以使用平行、雙絞或者屏蔽走線方式。單線結構使反射最小化。
CANopen規范文件
通訊規范文件
CANopen規范文件時基于“通信規范文件”的，用來規定主要通訊機制和它們的描述(DS301)。
設備規范文件
在設備規范文件中描述了工業自動化領域最重要的設備類型，同時也定義了設備功能類型。
標準設備描述例子為： ◆數字量和模擬量輸入/輸出模塊(DS401) ◆電機(DS402) ◆控制設備(DS4P403) ◆閉環控制器(DSP404) ◆PLC (DS405) ◆編碼器(DS406) 通過CAN總線配置設備 通過CAN總線配置設備的可能性是制造商要求自治的基本原則之一。
CANopen規范文件的通用規格 CANopen是符合以下規定文件的，用于CAN系統的一套規范： ◆開發的總線系統 ◆無協議超負荷的實時數據交換 ◆可重新定義尺寸的模塊化設計 ◆設備互用性和交換性 ◆被大量國際制造商支持 ◆標準的網絡配置 ◆訪問所有的參數設備 ◆同步和循環過程數據/事件驅動數據 CANopen產品認證 在市場上提供CANopen認證產品的制造商都是CiA組織成員。
CAN標準 CANopen協議被CIA組織定義并且可訪問該組織(須遵守某些限制)站點：http://www.can-cia.com.對主從設備的源代碼可以從不同的供應商得到。
與CANopen網絡通訊 通訊協議文件基于CAL服務和協議。
它提供用戶對兩種交換類型的訪問：SDO、PDO。
在上電時，設備進入一個初始化階段，接著進入預處理階段。在這個階段，只有SDO可以通訊。在接到一個啟動命令后，設備進入工作狀態，在這個階段PDO可以進行通訊，SDO通訊仍然有效。
CANopen啟動Boot-up 啟動過程 最小設備配置指定了簡化的啟動程序。這個過程描述如下： CANopen啟動Boot-up 詳細步驟介紹： 1、模塊上電 2、模塊初始化，進入預處理狀態 3、NMT服務：啟動遠程節點 4、NMT服務：預處理 5、NMT服務：停止遠程節點 6、NMT服務：重啟節點 7、NMT服務：重啟節點通訊 初始 進入“重新啟動通訊”后，設備進入初始模式。
該狀態允許的操作有： ◆定義要求的通訊對象（SDO、PDO、緊急事件處理） ◆安裝相關的CAL服務 ◆配置CAN控制器 初始化完成后設備自動進入預處理模式。
預處理 進入預處理的條件: ◆在初始化完成后 ◆在正常工作模式下，接收到“進入預處理”NMT命令 在這種情況下，設備的配置可以被修改。然而只有SDO可以用來讀或寫設備的參數。
當配置完成后，通過接收相關的命令，設備進入以下的工作狀態： ◆停止 ，當接收到“停止遠程節點”NMT命令 ◆運行 ，當接收到“啟動遠程節點”NMT命令 停止 如果設備處于“預處理”或者“正常工作”狀態，接收到“節點停止”命令（NMT服務），設備進入“停止狀態”。
在這種情況下，設備不能被配置。不能讀寫設備相關參數（SDO），只有從設備的監視功能（即節點保護）有效。
操作 當設備處于“預處理”狀態，接收到“啟動遠程節點”，設備進入操作狀態。在“運行”狀態，當使用“節點啟動”NMT服務啟動CANopen網絡，所有的設備功能性被使用，PDO、SDO均可進行通訊。
過程數據對象（PDO） PDO定義 PDO是過程數據通信相關的通信對象，它能保證過程數據的實時交換。
一個CANopen設備的PDO對象定 義了它與網絡上其他CANopen設備之間的隱式數據交換。
當設備運行時，PDO交換被激活。
PDO類型 有兩種PDO類型： ◆ TXPDO/TPDO：PDO被設備傳送 ◆ RXPDO/RPDO：PDO被設備接收 PDO的供給者與消費者 PDO基于“供給者/消費者”模型。傳送的叫“供給者”，接收的叫“消費者”。
PDO的傳送模式 ◆同步（通過接收SYNC對象實現同步） 非周期：由遠程幀預觸發傳送，或者由設備子協議中規定的對象特定事件預觸發傳送。 周期：傳送在每1到240個SYNC消息后觸發。
◆ 異步 由遠程幀觸發傳送。
由設備子協議中規定的對象特定事件觸發傳送。
服務數據對象（SDO） SDO定義 服務數據對象SDO允許使用顯示請求交換數據。
當設備處于預處理、工作狀態，SDO服務是有效的 。
SDO的類型 有兩種SDO類型： ◆讀SDO（上傳） ◆寫SDO（下載） 客戶端/服務器模型 SDO協 議是基于“客戶端/服務器”模型。
對于下載SDO 客戶端發送一個標示被寫對象的請求，服務器返回一個確認信息。
對于上傳SDO 客戶端發送一個標示被讀對象的請求，服務器返回被讀對象的數據。
對于一個未處理的SDO 對于以上的兩種情況，如果一個SDO不能被處理，服務器返回一個錯誤代碼。
“節點保護”和“壽命保護” 使用期限的定義 “使用期限”參數是按以下來計算的： 使用期限=保護時間（看門狗時間）使用期限系數；保護時間的典型值在250ms到2S之間。對象0X100CH含有以毫秒時間定義的保護時間，對象0X100DH含有“使用期限系數”。
監控機制： 1、節點保護 2、心跳報文 監控激活 如果兩個參數中有一個為零，那么模塊不執行監控，即無壽命保護。為了激活監控，必須在兩個對象中輸入非零的數值。
保證可靠工作 為了保證可靠工作，建議設置“使用期限系數”為2。如果不是只樣，主模塊會產生延時（例如，在“節點保護”時高優先級信息的處理或者內部處理時），模塊會轉入預處理模式而不產生錯誤。
監控的重要性 這兩種保護機制對CANopen系統的安全運行特別重要，特別是對不工作于事件-被控模式的設備。
從設備的監控 監控按以下的方法執行： ◆ 主設備發送遠程幀，來讀取從設備的狀態; COB-ID 0x700+Node_ID 從設備答復： COB-ID Byte0 0x700+Node_ID Bit 7 : toggle Bit6-0 : 狀態 ◆從設備可以被配置為產生周期性的被稱著“心跳報文”的報文，周期性的發送從設備的狀態。
COB-ID Byte0 0x700+Node_ID狀態 主設備的監控 如果主設備基于嚴格循環請求“保護”信息，從設備可以檢測主設備的狀態。如果從設備在也定義的使用期限內沒有收到主設備的請求（保護錯誤），它會認為主設備故障。這種情況下相應輸出進入出錯狀態并且從設備進入預處理狀態。
“保護”協議 在第一個“保護”信息里，“鎖住位”（t）的值是0，然后在每個后來的保護信息里，該位都會改變，只有可以顯示信息是否丟失。總線頭部用7個剩余的位來指示網絡狀態: 網絡狀態 響應 被停止 0x04或0x84 預處理 0x7f或0xff 操作 0x05或0x85 四、CANopen設備 CAN總線網絡中有如下幾類設備： (1) PLC：PLC做CAN上的一個主站，起到中央控制器的作用，對整個系統的工作起安排、調度、執行各個操作等作用。作為CAN網絡中的主站，PLC可以訪問網絡中任何節點的任何可以訪問的數據，并起總線監控作用，實時監控總線上各個節點的工作狀態，如果出現錯誤并執行相應的處理程序； (2) 分散式I/O：通常由電源部分、通信適配器部分、接線端子部分組成。 分散式I/O不具有程序存儲和程序執行，通信適配器部分接收主站指令，按主站指令驅動I/O，并將I/O輸入及故障診斷等信息返回給主站。
(3) 驅動器、傳感器、執行機構等現場設備：即帶CAN接口的現場設備，可由主站在線完成系統配置、參數修改、數據交換等功能。至于哪些參數可進行通信及參數格式由CANopen行規決定。