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基于CANOpen协议汽车电子通信系统 　　摘要：CANopen是基于CAN(Controller Area Network)总线的应用层协议，本文通过对CANopen协议设计的实质和核心内容的分析，给出了基于该协议的汽车电子通信系统的设计和实现方案。 通过CAN硬件接口的设计和DLL模块实现了利用CANopen通信模型构造汽车电子通信系统的基本框架模型，总结了CANopen协议的在本方案中的优缺点和适用性。 　　关键词：CAN；CANopen；LIN；OD 　　中图分类号：TP393.04 文献标识码：A 　　 　　1 概述 　　 　　CANopen［1］协议集定义基于CAN的分布式工业自动化系统的应用标准以及CAN应用层通信标准。CANopen是CAN-in-Automation(CiA)定义的标准之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认。尤其是在欧洲，CANopen被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准。CANopen协议集基于所谓的“通信子集”，该子集规定了基本的通信机制及其特性，如图1。 　　应用层（Application layer）：为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。 　　通讯描述（Communication profile）：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。 　　设备描述（Device proflile）：为设备（类）增加符合规范的行为。 　　CANopen主要应用在汽车、工业控制、自动化仪表等领域，目前由CIA负责管理和维护。 　　 　　2CANopen协议设计的实质 　　 　　CAN处于OSI网络模型中物理层和数据链路层，而CANopen是基于CAN的应用层，因为现场总线通常只包括一个网段，因此不需要第3层(传输层)和第4层(网络层)，也不需要第5层(会话层)、第6层(描述层)的作用。正是因为有了CANopen这样应用层协议的存在，从而使CAN总线成为了一个更加完善的网络系统。 　　CANopen协议在设计的时候，对总线上传输的数据进行了分类，即每一个传输数据都是某一特定类的对象，从而实现了面向对象的程序设计。在CANopen中每一类传输对象都有其规范化的格式，从而实现了应用层结构上的统一。这样无论从规范化角度，还是从模块化程序设计角度讲，CANopen协议都是一个设计比较完善的协议，图2是CANopen 内核［2］。图2CANopen master kernel在CANopen协议的数据传输中共定义了4类对象(通讯模式)［3］，分别为管理对象(NMT)、服务数据对象(SDO)、过程数据对象(PDO)和特殊功能对象。其中NMT用来传递主节点对整个网络系统的管理信息，SDO用来传递网络系统中的配置信息，PDO用来传递过程数据信息(例如电压的变化值)，特殊功能对象包括同步对象(SYNC)、紧急对象(Emergency)、时间基准(Time-Stamp)等。各类对象传输时的帧格式在参考文献中有详细的规定，在这里就不详细介绍。在实际的工程中用户只要根据需要，按照类的规定把要传输的数据映射到相应的对象中就可以了。 　　 　　3CANopen协议中的核心内容 　　 　　为了对各类对象进行规范化和方便的管理，在CANopen协议中定义了对象字典的概念。它是一个有序的对象组，其中定义了一个设备的所有信息，在CANopen网络系统中每一个设备都要有一个唯一的对象字典，每个设备的对象字典具有结构相同、内容不同的特点。通过对对象字典中的对象定义一个唯一的16位主索引和8位子索引，就可以方便地访问对象字典中的对象。CANopen协议中定义了通用的对象字典结构，其中规定了各种数据在对象字典中的位置区域。在我们建立设备对象字典的时候，主要工作应集中在定义通讯子协议区域(1000~1FFF)和制造商特定子协议区域(2000~5FFF)部分［4］。 　　在整个CANopen协议中，对象字典起到了连接DLL模块(通讯接口)和应用程序的作用。我们要想把一个应用程序中的数据(如I/O的输入值)送到CAN总线上，我们首先要确定这个数据属于对象字典中的哪一类对象(例如I/O口的输入值应为过程数据对象)，然后用DLL模块访问对象字典中相应的对象，并把其按照相应的帧格式发送到CAN总线上去，从而完成了数据的传输。 　　 　　4汽车电子通信系统设计与实现 　　 　　4.1汽车网络方案 　　对于CAN在汽车上的应用，具有很多行业标准或者是国际标准，比如国际标准化组织（International Organization for Standardization）的ISO11992、ISO11783以及汽车工程协会（Society of Automotive E