CANopen从站协议的设计与实现

预触发、异步事件触发等方式。
2．3．2 SDO模块
SDO模块是对象字典的远程访问接口，一般被用来进行节点参数配置和获取。它基于客户端服务器模式，每个访问请求都必须应答，实现了可靠的点对点数据传输。CANopen为SDO服务设计了5个请求／应答子协议，分别是：启动域下载／上传、域分段下载＼上传、中止域传送。
本文设计的SDO模块包含了访问发起模块和应答模块。访问发起模块的任务是根据上层的调用发起SDO通信，实现了5个访问子协议中的请求部分；应答模块则解析收到的SDO报文中携带的命令字，实现了5个访问子协议中的应答部分。
2．3．3 NMT模块
每个CANopen节点内都运行着一个状态机，状态转换由主节点控制，不同的状态对应不同的节点任务，也对应了不同的模块可用性。状态转换如图4所示。

本文实现的从节点NMT模块的任务是响应主站的NMT控制命令，并反馈自身状态，汇报错误信息。状态转换模块的流程：接收到NMT命令后，首先解析NMT命令字，检查状态转换合法性，然后设置节点状态，启停各功能模块：状态反馈模块采用了CiA组织推荐使用的心跳模式，即从节点周期性地向网络上发送包含自身状态信息的心跳报文，供主站和其他节点监视。
2．3．4 总体流程
借助于状态机，设计了如图5的程序运行总体流程。

从节点上电启动后，先进行必要的硬件初始化，如系统时钟、port、CAN接口、定时器、AD等，完成后设置节点状态为initialization，进入状态机，软件在状态机内循环运行。通信初始化函数主要负责初始化从节点的对象字典，节点初始化函数则负责将节点的输出置为上电值，设置完成后设置节点状态为pre-operational，软件运行至preoperational函数，这个函数的功能是协助主站完成对从节点的通信配置。当从节点收到start remote node命令后，进入operational状态，此状态包含了从节点的控制程序，即从节点开始正常运行，执行指定的底层任务，如数据采集、控制输出等。若节点接收到主站的stop remote node命令，则进入stopped函数，在此状态下从节点停止执行底层任务，等待主节点的启动命令。

3 实验
3．1 测试实验平台的搭建
为了测试本文的CANopen从节点协议，搭建了基于USB-CAN模块的测试平台，结构如图6所示。主站是装有ZLGCANTest的计算机，以USB-CAN通信模块作为CAN网络接口，实现与从站的连接。示波器监视总线波形，通信波特率设置为500kb／s。

3．2 实时性测试
首先进行了协议栈的实时性测试，测试分为两步，第一步是测试PDO通信的最小周期，设置PDO为同步周期发送模式，即收到一个同步报文后返回一个数据包，测试结果如图7所示。

可见同步帧与数据包的间隔时间约为1ms，整个总线占用时间约为1.3ms。
第二步进行了SDO模块的最小响应时间测试，测试结果如图8所示。

可见SDO请求报文和响应报文间隔时间约为0．7ms，总线占用时间约为1．1ms。协议栈的实时性基本满足我们的使用要求。
3．3 功能性测试
我们对实现的协议栈进行了CANopen协议功能和兼容性的测试，测试结果如表1所示。

目前，我们已经将该协议栈应用于实验室建立的低温等离子体测控设备系统中，经过一段时间的使用，此协议栈满足我们的使用要求。

4 结论
本文依据CiA DS301规范，设计了CANopen协议总体框架和软件功能模块，并将其应用于基于C8051F500兽片机的嵌入式CAN智能节点上，实现了CANopen从站软件。协议栈采用C语言编写，可移植性较好。经测试表明：协议栈实时性满足使用要求，功能完整性较好。