CAN笔记（17） 预定义报文ID

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1. 预定义报文

在 CANOpen 创立之初
即使在 CAN 总线应用最广泛的汽车电子行业，网络中的 CAN节点数量和需要通讯的信息都是比较少的
人们使用 CAN 取代 RS485， 主要是看重其可以突发发送的实时性优势

而在多节点、长距离应用中， CAN 总线和 RS485 比起来并无优势
比如同样的波特率下， CAN 的通信距离只能达到 RS485 的 0.6-0.8 倍
而多节点通信 CAN无法进行任意的突发发送
不得不遵循 RS485 那样的轮询通信机制，否则会导致拥堵

就像十字路口的汽车，如果车只有 10 辆，即使没有交通灯，根本不会拥堵
而如果有 100 辆，如果任意行驶，就会发生严重拥堵

CANOpen 的创始人是非常了解 CAN 总线这个特征
所以在设计 CANOpen 时，对其定义为小网络、 控制信号的实时通讯：

• 报文传输采用 CAN 标准帧格式
  即 11bit 的 ID 域，以尽量减小传输时间
  

• 网络控制报文均采用数据最小字节数
  比如心跳报文，只有 1 个字节数据

• 实时更新的 过程数据无需接收方报文应答
  即采用生产消费模型，降低总线负载

• 需要接收方确认的配置参数一般都是采用快速单字传输
  即 1 个报文最多传送 1 个 32 字节的参数变量，避免了分帧引起的实时性降低

以上这些定义都是 为了节约时间开销，最大限度保证实时性
同时 为了减小简单网络的组态工作量， CANOpen 定义了强制性的缺省标识符（CAN 帧 ID） 分配表
以减少使用者与维护者的学习时间，快速上手

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2. 网络管理与特殊协议报文ID

虽然 CANOpen 的通讯发挥了 CAN 的特色，所有节点通信地位平等， 运行时允许自行发送报文
但 CANOpen 网络为了稳定可靠可控，都需要设置一个网络管理主机 NMT - Master（Network Management - Master）

就像一个交响乐团的指挥家，所有节点的启动、停止都是有他进行指挥

NMT 主机一般是 CANOpen 网络中具备监控的 PLC 或者 PC（当然也可以是一般的功能节点）
所以也成为 CANOpen 主站

相对应的其他 CANOpen 节点就是 NMT从机（NMT-slaves）
NMT 主机和 NMT 从机之间通讯的报文就称为 NMT 网络管理报文
管理报文负责层管理、网络管理和 ID 分配服务

例如，初始化、配置和网络管理（其中包括节点保护）
网络管理中，同一个网络中只允许有一个主节点、一个或多个从节点，并遵循主从模式
另外，为了 协调各个节点的同步、心跳、时间、错误 提示等通讯控制
CANOpen 还定义了一系列 特殊协议（Special protocols）报文

CANOpen 预定义报文（Pre-defined CAN-IDs）的 NMT 报文和特殊协议报文

CAN-ID 就是这类报文的 COB-ID， 其中绿色底纹的这些常用是必须需要记住的
CAN-ID 含义，在研发和应用 CANOpen 中，这三类是最为常用的 NMT 与特殊协议报文

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3. 过程数据对象和服务数据对象的报文ID

用户应用 CANOpen 时
需要传递的 配置信息 和 应用信息 都是放在 过程数据对象 PDO（Process data object）和 服务数据对象 SDO (Service data object）里面

这些对象就和市场上卖水果的箩筐，大小是一样的，只是装的东西（应用数据）不一样

这就是 CiA301 协议 所规定的基础协议——“箩筐”
而 CiA4xx 的子协议或者用户自定义的对象，就是“箩筐”里面的东西
筐已经通过CiA301 协议规定好了，至于筐上要放什么就看自己了

PDO 和 SDO 的通讯区别：

• PDO 属于过程数据
  即 单向传输，无需接收节点回应
  
  CAN 报文来确认，从通讯术语上来说是属于“生产消费”模型
• SDO 属于服务数据
  有 指定被接收节点的地址（Node-ID），并且需要指定的接收节点 回应 CAN 报文来确认已经接收
  如果超时没有确认，则发送节点将 会重新发送原报文
  
  这种通讯方式属于常见的“服务器客户端”的通信模型
  即通常所说的轮询式

对于 PDO 和 SDO 的报文 ID 分配
为了减少网络的组态工作量， CANOpen 预定义了强制性的缺省标识符（CAN-ID）分配表
该分配表是基于 11 位 CAN-ID 的标准帧格式
将其划分为 4 位的 功能码（Function-ID） 和 7 位的 节点号（Node-ID）

在 CANOpen 里也通常把 CAN-ID 称为 通信对象编号 COB-ID（Communication Object Identifier）

所以可以分清楚两个易于混淆的名称：

• COB-ID：
  通信对象 ID 号，即 CANOpen 中对某种通讯对象的报文帧 ID
  即 CAN 报文的 11 位 ID，代表了一种 通讯含义

• Node-ID：
  节点 ID 号，即 CANOpen 网络中的 节点地址
  CANOpen 规定了逻辑上最大 128 个节点，所以 Node-ID 最大为 128（7 位）

COB-ID 和 Node-ID 无必然联系
但在过程数据对象（PDO）和服务数据对象（SDO）中， COB-ID 中包含了 Node-ID

由于需要区分每个 CANOpen 节点的输入和输出
所以 PDO 分为 TPDO（发送PDO）和 RPDO（接收PDO）
发送和接收是 以 CANopen 从站节点为参考（如果 CAN 主站就相反）

TPDO 和 RPDO 分别有 4 个数据对象，每种数据对象就是 1 条 CAN 报文封装：

这些都是数据收发的容器
筐为使用者准备好，就看使用者在里面放什么东西了

而 SDO 就相对比较简单固定
发起通讯的 “问”SDO 的 CAN 帧 ID 就是 600h +node-ID
这里的 Node-ID 是被问的节点地址
而被问的节点 “应答” SDO 的 CAN 帧 ID 就是 580h +node-ID

一般在 CANopen 网络中，只有 NMT 主机能发起 SDO 通讯，进行节点参数配置或者关键性参数的传递

当然从节点也可以对其他从节点发起 SDO 通讯

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参考：

《CANopen 轻松入门》

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