1 引言
在上期文章中我們了解了CANopen從站設(shè)備的開(kāi)發(fā)步驟，本期文章中我們將介紹一款嵌入式CANopen協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。
CANopen協(xié)議作為CAN總線(xiàn)的應(yīng)用層協(xié)議，擁有復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理（Network Management）、實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（Process Data Object）、服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象（Service Data Object）、預(yù)定義連接和特殊功能對(duì)象等基本功能，另外CANopen協(xié)議還定義了指示燈規(guī)范、通信安全架構(gòu)、在線(xiàn)配置、EDS文件規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備規(guī)范等一系列協(xié)議規(guī)范。因此開(kāi)發(fā)基于CANopen協(xié)議的設(shè)備有著非常高的難度以及較長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期。
2 XGate-COP10簡(jiǎn)介
XGate-COP10是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開(kāi)發(fā)的一款嵌入式CANopen協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為UART接口，支持CANopen標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議DS301、DS302、DS303、DS305。XGate-COP10為CANopen從站協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，其內(nèi)部已經(jīng)集成了CANopen從站協(xié)議棧代碼，不需要二次開(kāi)發(fā)，可快速方便地使現(xiàn)有設(shè)備具有CANopen通信能力。該模塊具有如下所示的功能特點(diǎn)：
(1)網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)對(duì)象(NMT：Boot up， Node Guarding/Life guarding，Heartbeat Producer)；
(2)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象(TPDO與RPDO)；
(3)服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象(SDO服務(wù)器)；
(4)緊急報(bào)文對(duì)象(Emergency)；
(5)同步報(bào)文對(duì)象(Sync)；
(6)網(wǎng)絡(luò)配置對(duì)象(LSS從站)；
(7)串口通信能力(UART)；
(8)96 B的輸入輸出數(shù)據(jù)緩沖（I/O）；
(9)CAN總線(xiàn)支持5 kb/s～1 Mb/s的波特率；
(10)體積小，18 mm×31 mm（DIP24封裝）。
XGate-COP10從站具有高實(shí)時(shí)性，并可以支持多達(dá)12個(gè)RPDO和TPDO過(guò)程數(shù)據(jù)傳輸，適用于各種干擾強(qiáng)、實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合，小巧的體積適用于嵌入到各種電路板中，在用戶(hù)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3 硬件設(shè)計(jì)
XGate-COP10采用標(biāo)準(zhǔn)的DIP24封裝，其外觀(guān)如圖2所示。在設(shè)計(jì)中需要注意的是該模塊沒(méi)有集成CAN收發(fā)器，所以需要外加一個(gè)CAN收發(fā)器，這里推薦使用由致遠(yuǎn)電子有限公司研發(fā)的隔離CAN收發(fā)模塊CTM8251T，可使設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單、可靠。
XGate-COP10模塊可使用DIP開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置設(shè)備的節(jié)點(diǎn)號(hào)（Node_ID）和波特率，在特殊情況下也可以不使用DIP開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置，可通過(guò)用戶(hù)UART接口或CANopen層設(shè)置功能（LSS）來(lái)設(shè)置該模塊的節(jié)點(diǎn)號(hào)和波特率。
圖3所示為XGate-COP10在用戶(hù)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，其中用戶(hù)CPU通過(guò)UART（TTL電平）與XGate-COP10進(jìn)行通信，通過(guò)UART用戶(hù)可以方便地獲取或設(shè)置XGate-COP10的輸入輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)與CANopen主站設(shè)備的交換。
由于XGate-COP10模塊中未集成有CAN收發(fā)器，因此該原理圖采用了CTM8251T隔離收發(fā)器，這樣可保證CAN通信的穩(wěn)定可靠，也實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)與CAN總線(xiàn)的電氣隔離。
4 軟件設(shè)計(jì)
XGate-COP10的軟件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于用戶(hù)CPU與XGate-COP10的UART通信的建立(即完成XGate-COP10所規(guī)定的串口通信協(xié)議)，在XGate-COP10中，串口數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的協(xié)議封裝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)XGate-COP10的既定操作。
(1)串口參數(shù)
XGate-COP10使用標(biāo)準(zhǔn)的UART與用戶(hù)的CPU進(jìn)行通信，UART參數(shù)為1 個(gè)啟始位、8 個(gè)數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶校驗(yàn)位、1 個(gè)停止位，波特率57 600 b/s。
(2)通信方式
用戶(hù)設(shè)備主動(dòng)詢(xún)問(wèn)，XGate-COP10被動(dòng)回答。
主/從應(yīng)答幀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)的通信由主機(jī)發(fā)起，稱(chēng)為命令幀。從機(jī)接收到后進(jìn)行應(yīng)答，稱(chēng)為響應(yīng)幀。用戶(hù)對(duì)XGate-COP10進(jìn)行的操作功能如表1所示，其中用戶(hù)系統(tǒng)設(shè)備信息可通過(guò)串口寫(xiě)入到XGate-COP10中。
圖4所示為操作XGate-COP10軟件流程圖。首先，用戶(hù)需要對(duì)XGate-COP10模塊進(jìn)行相應(yīng)的初始化操作，例如寫(xiě)入用戶(hù)設(shè)備信息（必需）、節(jié)點(diǎn)地址（可選）和波特率（可選）等操作。其次，只有在XGate-COP10處于操作狀態(tài)時(shí)，與XGate-COP10進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換才有效。為了方便用戶(hù)快速地使用XGate-COP10，致遠(yuǎn)電子提供了UART通信協(xié)議源代碼，用戶(hù)可直接在常用的單片機(jī)上使用，也可以稍作修改在特殊的單片機(jī)上使用。
5 XGate-COP10與CANopen主站連接
為了使XGate-COP10與主站很方便地建立CANopen通信，致遠(yuǎn)電子提供了XGate-COP10的EDS文件，該EDS文件通過(guò)了由CiA提供的測(cè)試軟件的測(cè)試，可無(wú)縫地加載到任何標(biāo)準(zhǔn)的CANopen主站設(shè)備中。圖5是由致遠(yuǎn)電子提供的PCI-5010P CANopen主站卡建立的主站與XGate-COP10的通信截圖。
6 結(jié)束語(yǔ)
XGate-COP10以其緊湊的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)大而穩(wěn)定的功能、簡(jiǎn)單而可靠的UART通信能力使其很方便地嵌入到各種類(lèi)型的電路中。XGate-COP10的出現(xiàn)，使開(kāi)發(fā)者不用再為開(kāi)發(fā)CANopen協(xié)議棧而苦惱。CANopen產(chǎn)品短期上市也不再是夢(mèng)想。
廣州致遠(yuǎn)電子有限公司提供各種接口的CANopen接口卡、CANopen終端設(shè)備(包括數(shù)據(jù)采集，電機(jī)控制等)、CANopen分析儀、網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)橋、OPC服務(wù)器以及基于CANopen協(xié)議的整套組網(wǎng)方案及應(yīng)用開(kāi)發(fā)。