嵌入式CANopen协议转换模块

　　1 引言

　　在上期文章中我们了解了CANopen从站设备的开发步骤，本期文章中我们将介绍一款嵌入式CANopen协议转换模块。

　　CANopen协议作为CAN总线的应用层协议，CAN总线的物理层是将ECU连接至总线的驱动电路。ECU的总数将受限于总线上的电气负荷。物理层定义了物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路电气特性、数据的编码／解码、位定时和同步的实施标准。

　　2 XGate-COP10简介

　　XGate-COP10嵌入式模块是广州致远电子有限公司开发的一款拥有自主知识产权的CANopen从站通信模块。内部已经集成了CANopen从站协议栈代码，不需要用户进行二次开发。协议栈遵循CANopen协议描述文档DS301、DS302、DS303以及DS305标准。在默认情况下，CANopen从站启用预定义连接，并支持参数存储。适用于任何具有串口通信能力的系统，使用简单的串口通信协议即可实现与XGate-COP10的通信，并提供串口通信协议标准C文件，使现有的设备以快的速度拥有CANopen通信能力，抢占市场先机。该模块具有如下所示的功能特点：

　　（1）网络管理服务对象（NMT：Boot up， Node Guarding/Life guarding，Heartbeat Producer）；

　　（2）过程数据对象（TPDO与RPDO）；

　　（3）服务数据对象（SDO服务器）；

　　（4）紧急报文对象（Emergency）；

　　（5）同步报文对象（Sync）；

　　（6）网络配置对象（LSS从站）；

　　（7）串口通信能力（UART）；

　　（8）96 B的输入输出数据缓冲（I/O）；

　　（9）CAN总线支持5 kb/s～1 Mb/s的波特率；

　　（10）体积小，18 mm×31 mm（DIP24封装）。

　　XGate-COP10从站具有高实时性，并可以支持多达12个RPDO和TPDO过程数据传输，适用于各种干扰强、实时性要求高的场合，小巧的体积适用于嵌入到各种电路板中，在用户系统中的结构如图1所示。

　　3 硬件设计

　　XGate-COP10通信模块是一款使用简单方便的CANopen从站模块，模块内部已经固化了CANopen从站协议栈，使用致远电子有限公司的简单串口通信协议就能实现与XGate-COP10的通信。

　　XGate-COP10采用标准的DIP24封装，其外观如图2所示。在设计中需要注意的是该模块没有集成CAN收发器，所以需要外加一个CAN收发器，这里推荐使用由致远电子有限公司研发的隔离CAN收发模块CTM8251T，可使设计更加简单、可靠。

　　图3所示为XGate-COP10在用户系统中的典型应用，其中用户CPU通过UART（TTL电平）与XGate-COP10进行通信，通过UART用户可以方便地获取或设置XGate-COP10的输入输出数据，实现应用数据与CANopen主站设备的交换。

　　由于XGate-COP10模块中未集成有CAN收发器，因此该原理图采用了CTM8251T隔离收发器，这样可保证CAN通信的稳定可靠，也实现了整个系统与CAN总线的电气隔离。

　　4 软件设计

　　XGate-COP10的软件设计，重点在于用户CPU与XGate-COP10的UART通信的建立（即完成XGate-COP10所规定的串口通信协议），在XGate-COP10中，串口数据进行了简单的协议封装，实现了对XGate-COP10的既定操作。

　　（1）串口参数

　　XGate-COP10使用标准的UART与用户的CPU进行通信，UART参数为1 个启始位、8 个数据位、无奇偶校验位、1 个停止位，波特率57 600 b/s。

　　（2）通信方式

　　用户设备主动询问，XGate-COP10被动回答。

　　主/从应答帧结构实现数据通信，数据的通信由主机发起，称为命令帧。从机接收到后进行应答，称为响应帧。用户对XGate-COP10进行的操作功能如表1所示，其中用户系统设备信息可通过串口写入到XGate-COP10中。

　　图4所示为操作XGate-COP10软件流程图。首先，用户需要对XGate-COP10模块进行相应的初始化操作，例如写入用户设备信息（必需）、节点地址和波特率等操作。为了方便用户快速地使用XGate-COP10，致远电子提供了UART通信协议源代码，用户可直接在常用的单片机上使用，也可以稍作修改在特殊的单片机上使用。

　　5 XGate-COP10与CANopen主站连接

　　为了使XGate-COP10与主站很方便地建立CANopen通信，致远电子提供了XGate-COP10的EDS文件，该EDS文件通过了由CiA提供的测试软件的测试，可无缝地加载到任何标准的CANopen主站设备中。图5是由致远电子提供的PCI-5010P CANopen主站卡建立的主站与XGate-COP10的通信截图。

　　6 结束语

　　XGate-COP10以其紧凑的结构、强大而稳定的功能、简单而可靠的UART通信能力使其很方便地嵌入到各种类型的电路中。XGate-COP10的出现，使开发者不用再为开发CANopen协议栈而苦恼。CANopen产品短期上市也不再是梦想。

　　广州致远电子有限公司提供各种接口的CANopen接口卡、CANopen终端设备、CANopen分析仪、网关及网桥、OPC服务器以及基于CANopen协议的整套组网方案及应用开发。