1、概述

        CANopen协议是在20世纪90年代末，由总部位于德国纽伦堡的CiA（CAN in Automation）组织，在CAL（CAN Application Layer）的基础上发展而来。

        经过对CANopen协议规范文本的多次修改，使得CANopen协议的稳定性、实时性、抗干扰性都得到了进一步的提高。并且CiA在CANopen的基础协议——CiA 301之上，对各个行业不断推出设备子协议，使CANopen协议在各个行业得到更快的发展与推广。

1.1 CANopen协议

        关于CANopen的协议的介绍，详细信息请参见CiA 301（CANopen应用层和通讯描述协议）或访问官网：https://www.can-cia.org/。

1.2 CANopenNode协议栈

        CANopenNode是免费开源的CANopen协议栈。CANopen是建立在CAN基础上的用于嵌入式控制系统的国际标准化(EN 50325-4) (CiA301)高层协议。CANopenNode是用ANSI C语言以面向对象的方式编写的。它运行在不同的微控制器上，作为裸机应用或带RTOS应用。通信变量、设备变量、自定义变量收集在CANopen对象字典中，可以从C代码和CANopen网络访问。CANopenNode的主页为GitHub - CANopenNode/CANopenNode: CANopen protocol stack。

源码文件说明如下所示：

①301/ - CANopen 应用层和通信配置文件

CO_config.h - CANopenNode 的配置宏。
CO_driver.h - CAN 硬件和 CANopenNode 之间的接口。
CO_ODinterface.h/.c - CANopen 对象字典接口。
CO_Emergency.h/.c - CANopen 紧急协议。
CO_HBconsumer.h/.c - CANopen 心跳消费者协议。
CO_NMT_Heartbeat.h/.c - CANopen 网络管理和心跳生产者协议。
CO_PDO.h/.c - CANopen 过程数据对象协议。
CO_SDOclient.h/.c - CANopen 服务数据对象 - 客户端协议（主站功能）。
CO_SDOserver.h/.c - CANopen 服务数据对象 - 服务器协议。
CO_SYNC.h/.c - CANopen 同步协议（生产者和消费者）。
CO_TIME.h/.c - CANopen 时间戳协议。
CO_fifo.h/.c - 用于 SDO 和网关数据传输的 Fifo 缓冲区。
crc16-ccitt.h/.c - CRC 16 CCITT 多项式的计算。

②303/ - CANopen 推荐

CO_LEDs.h/.c - CANopen LED 指示灯

③304/ - CANopen 安全

CO_SRDO.h/.c - CANopen 安全相关数据对象协议。

CO_GFC.h/.c - CANopen 全局故障安全命令（生产者和消费者）。

④305/ - CANopen 层设置服务 (LSS) 和协议

CO_LSS.h - CANopen 层设置服务协议（通用）。

CO_LSSmaster.h/.c - CANopen 层设置服务 - 主协议。

CO_LSSslave.h/.c - CANopen 层设置服务 - 从站协议。

⑤309/ - 从其他网络访问 CANopen

CO_gateway_ascii.h/.c - Ascii 映射：NMT 主站、LSS 主站、SDO 客户端。

⑥storage/ - 存储

CO_storage.h/.c - CANopen 数据存储基础对象。

CO_storageEeprom.h/.c - CANopen 数据存储对象，用于将数据存储到块设备 (eeprom) 中。

CO_eeprom.h - 与 CO_storageEeprom 一起使用的 eeprom 接口，功能是特定于目标系统的。

⑦extra/ - 附加项

CO_trace.h/.c - 用于随时间记录变量的 CANopen 跟踪对象。

⑧ example/ - 包含基本示例的目录，应在任何系统上编译

CO_driver_target.h - CANopenNode 的示例硬件定义。
CO_driver_blank.c - CANopenNode 的示例空白接口。
main_blank.c - 主线和其他线程 - 示例模板。
CO_storageBlank.h/.c - 数据存储到非易失性存储器的示例空白演示。
Makefile – Makefile for example。
DS301_profile.xpd - DS301 的 CANopen 设备描述文件。 它还包括 CANopenNode 的特定属性。 该文件在对象字典编辑器的配置文件中也可用。
DS301_profile.eds、DS301_profile.md - 标准 CANopen EDS 文件和降价文档文件，从DS301_profile.xpd 自动生成。
OD.h/.c - CANopen 对象字典源文件，从 DS301_profile.xpd 自动生成。

⑨doc/ - 文档目录

CHANGELOG.md - 更改日志文件。
deviceSupport.md - 有关受支持设备的信息。
objectDictionary.md - CANopen 对象字典接口的描述。

⑩ CANopen.h/.c 

CANopen 对象的初始化和处理，适用于通用配置。

1.3 对象字典

        对象字典是 CANopen 最重要的部分之一，每个开源的CANopne协议栈一般都会提供对应的软件编辑对象字典。CANopenEditor是CANopenNode提供的软件，链接为GitHub - CANopenNode/CANopenEditor: CANopen Object Dictionary Editor。只需提取 zip 文件并运行 EDSEditor.exe。CANopen对象字典编辑器主要有以下3点特征：

        1、 可导入：CANopen的电子数据文档（EDS或XDD的文件格式）。

        2、 可导出：CANopen的电子数据文档（EDS或XDD的文件格式）、文件资料、CANopenNode协议栈的C源文件。

        3、 为CANopen的对象字典、设备信息等提供图形化的编辑界面。

      开始新项目或打开现有的项目文件。支持许多项目文件类型，EDS、XDD v1.0、XDD v1.1、旧的自定义 XML 格式。 然后可以将生成的项目文件保存为 XDD v1.1 文件格式 (xmlns=“http://www.canopen.org/xml/1.1”)。项目文件也可以导出为其他格式，可用于生成对象字典的文档（EDS文件）和CANopenNode源文件（OD.c/.h文件）。如果启动了新项目，则可能会插入 DS301_profile.xpd。如果编辑现有（旧）项目，则可能会删除现有的通信特定参数，然后可能会插入新的 DS301_profile.xpd。要克隆、添加或删除，请选择对象并使用右键单击。正确设置自定义对象字典需要一些 CANopen知识。也可以从另一个项目中插入单独的对象。

        CANopenNode 在标准项目文件中包含一些自定义属性。本应用指南中将下载CANopenEditor在PC机上运行EDSEditor.exe，来编辑CANopen demo的对象字典，并由同样的参数配置生成“EDS文件”和“OD.c/.h文件”，分别供“上位机调试软件”和“CANopen协议栈”使用。

2、代码移植

        整个过程分为两个部分，首先使用STM32CubeMX软件建立基础的外设初始化工程，其后再对CANopenNode源码进行添加至工程中。

2.1 STM32CubeMX创建工程

        本示例使用的STM32F103RCT6，启动STM32CubeMX软件，创建工程。

1、CAN波特率配置为250K，开启相关中断。

2、定时器配置：仅需要超时中断功能，因此使用基础定时器TIM6，开启更新中断。

3、串口配置：协议栈运行过程中有打印函数，因为我们初始化串口，重定义printf就可以查看对应的log信息。

4、重新分配堆区的大小，修改为0x2000（因为CANopneNode协议栈申请4062byte大小字节）。

5、生成MDK5工程代码，在Keil中勾选Use MicroLIB。

6、重定向函数添加

int fputc(int ch, FILE *f)
{
      HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
      return ch;
}

自此工程软件配置完毕，可自行添加代码验证打印函数和程序是否正常执行。

2.3 CANopenNode源码添加

1、从CANopenNode (CANopenNode) / Repositories · GitHub下载源码。

CANopenEditor：是字典文件编辑软件，下载的代码中无exe文件（可能需要用户自己编译生成，了解的同学可以告知一下）；可以我的网盘链接中自取。

CANopenNode：协议栈源码，上文有介绍。

CanOpenSTM32：基于STM32 HAL库驱动文件。

（

通过网盘分享的文件：CANopenEditor

链接: 百度网盘 请输入提取码 提取码: qmea

通过网盘分享的文件：CANopenNode

链接: 百度网盘 请输入提取码 提取码: 7nsf

）

2、在Keil工程目录下建立CANopneNode文件夹，文件夹中再创建一个CANopneNode文件夹，github下载部分文件直接复制到新建文件夹下（如下图红色框里所示将）。

3、在第一级的CANopenNode文件夹中创建名为STM32文件下，然后将源码中的部分文件夹直接拷贝到其中。

4、在keil创建对应的文件夹，并将对应的.c文件添加到Keil工程中。

5、主要代码如下所示：

#include "app_main.h"
#include "config.h"
#incldue "CO_app_STM32.h"
#incldue "OD.h"

CANopenNodeSTM32 CANopenNode;

void system_init(void)
{
    /* 初始化CANopen */
    canOpenNodeSTM32.CANHandle = &hcan;              /* 使用CAN接口 */
    canOpenNodeSTM32.HWInitFunction = MX_CAN_Init;     /* 初始化CAN */
    canOpenNodeSTM32.timerHandle = &htim6;             /* 使用的定时器句柄 */
    canOpenNodeSTM32.desiredNodeID = 1;                /* Node-ID */
    canOpenNodeSTM32.baudrate = 250;                   /* 波特率，单位KHz */
    canopen_app_init(&CANopenNode);
}
void app_main(void)
{
    system_init();
    while(1)
    {
        canopen_app_process(); /* CAN处理 */
    }
}
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim) 
{
    if (htim == CANopenNode->timerHandle) 
    {
        canopen_app_interrupt();
    }
}

6、将代码烧录到控制板中，使用USB转CAN监视数据，设备上电时会发送boot up。

7、后续设备不会发出其他数据，因为源码中的心跳时间设置为0，我们可以尝试修改0x1017的对应的数值，从而开启定时心跳。可以从下图看出，通过SDO修改心跳包的数据由0x00变为0x05（运行态）。

00 00 06 01        //从站地址为1所以是601
2B 17 10 00 E8 03 00 00 
// 2B是写两个字节；17 10是0x1017；00：是0x1017的sub id；E8 03：1000ms，其他补0

3、字典文件创建

        上述协议栈跑的是默认提供的字典文件，下面我们详细说一说EDSEditor如何从零开始创建属于自己的设备字典文件。

        1、运行EDSEditor软件，点击工具栏“File”-> “New”-> 在“Product name”中修改为“New Product”为“CANopenNodeSlave”-> 将该工程保存为“CANopenNodeSlave.xdd”。

2、单击“Insert Profile”->选择“DS301_profile.xpd”-> 弹出“Insert OD Objects”对话框中 ->“Target”中选择“CANopenNodeSlave”工程 -> 单击“Insert”。

3、0x1017修改为2000ms（用户可自行修改其他时间）。

4、将0x1400 ~ 0x1403和0x1800 ~ 0x1803对应PDO的参数配置为异步（0xFE），触发时间设置为1000ms。

5、左击“Manufacturer Specific Parameters”中的“Index”或“Name”选择“Add…”来新建自定义的对象。作者提供的字典文件中的变量类型为ARRAY（数组），所以可以可以添加多个子成员。TPDO和RPDO需要设置对应的权限。

TPDO：

RPDO：

6、在“TX PDO Mapping” 窗口中去配置TPDO的映射参数所寻址的对象，不勾选Invalid（启动对应的TPDO）。

7、在“RX PDO Mapping” 窗口中去配置RPDO的映射参数所寻址的对象，具体细节类似上述TPDO。

8、单击“File”-> “Export CanOpenNode…”-> 在“另存为”对话框中选择路径为STM32工程下的../CANopenNodeSlave\CANopenNode\STM32 文件夹 -> 将生成的OD源文件替换原有文件。若上述操作过程出现弹窗错误警告，请检查OD.h文件中30 - 50行是否缺少宏定义，若缺少请手动添加

9、烧录程序，上电运行控制板，USB转CAN监视数据如下图所示。

10、修改0x1018的厂商ID和产品ID（默认为0会导致在PLC上无法运行，CiA301的为0的ID为保留ID），导出新的OD文件，然后单击“File”-> “Export…”-> 在“另存为”对话框中选择“保存类型”为（*.eds）-> 单击“保存”将该文件名默认为“CANopenNodeSlave.eds”。

11、将对应的eds导入PLC，配置对应的主站信息，连接对应的硬件接口，可实现CANopen主从站的通讯。

4、补充说明

4.1 PDO变量读写

        通过阅读对应的OD文件，发现PDO变量可以通过此变量进行访问。

4.2、资料分享

通过网盘分享的文件：CANopenEditor

链接: https://pan.baidu.com/s/1JpmBz2-LLZuNBYMNofTi-Q 提取码: qmea

通过网盘分享的文件：CANopenNode

链接: https://pan.baidu.com/s/1LlkQEUFeVDZdr7T8z9Ir2Q 提取码: 7nsf

4.3、示例创建的字典文件

链接: https://pan.baidu.com/s/1JpmBz2-LLZuNBYMNofTi-Q 提取码: qmea

4.4 主要代码

#include "app_main.h"
#include "config.h"
#incldue "CO_app_STM32.h"
#incldue "OD.h"

CANopenNodeSTM32 CANopenNode;

void system_init(void)
{
        /* 初始化CANopen */
    canOpenNodeSTM32.CANHandle = &hcan;              /* 使用CAN接口 */
    canOpenNodeSTM32.HWInitFunction = MX_CAN_Init;     /* 初始化CAN */
    canOpenNodeSTM32.timerHandle = &htim6;             /* 使用的定时器句柄 */
    canOpenNodeSTM32.desiredNodeID = 1;                /* Node-ID */
    canOpenNodeSTM32.baudrate = 250;                   /* 波特率，单位KHz */
    canopen_app_init(&CANopenNode);
}
void app_main(void)
{
    static uint32_t system_log_tick = 0;
    static uint32_t tpdo_data_count = 0;
    system_init();
    while(1)
    {
    
        canopen_app_process(); /* CAN处理 */
        if((HAL_GetTick() - system_log_tick) >= 3000 )
        {
            //接收PDO打印
            printf("OD_RAM.x2001_rdpo_data[0] = %d\n",OD_RAM.x2001_rdpo_data[0]);
            printf("OD_RAM.x2001_rdpo_data[1] = %d\n",OD_RAM.x2001_rdpo_data[1]);
            printf("OD_RAM.x2001_rdpo_data[2] = %d\n",OD_RAM.x2001_rdpo_data[2]);
            printf("OD_RAM.x2001_rdpo_data[3] = %d\n",OD_RAM.x2001_rdpo_data[3]);
            //发送PDO
            OD_RAM.x2001_tdpo_data[0] = tpdo_data_count++; 
            OD_RAM.x2001_tdpo_data[1] = tpdo_data_count++; 
            OD_RAM.x2001_tdpo_data[2] = tpdo_data_count++;
            OD_RAM.x2001_tdpo_data[3] = tpdo_data_count++;                  
        }
    }
}
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim) 
{
    if (htim == CANopenNode->timerHandle) 
    {
        canopen_app_interrupt();
    }
}

5、总结

        此博客为学习记录，撰写过程可能存在部分引用，如有侵权可联系作者删除。其次，本文仅以读者自己的应用为例，使用过程可能会忽略部分说明，欢迎一起交流学习，指出读者文中的错误描述以便让广大攻城狮得到更优质的文章学习。

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