基于TMS320F28335的CANopen协议从节点设计与实现

肖海峰　杨柳

【摘 要】在分析CANopen协议的设备模型、对象字典以及CANopen设备的各种状态的基础上，本文设计了一种基于DSP TMS320F28335的CANopen通讯协议从站。按照 CANopen协议的规定完成软件编写任务，实现该从站与主站PLC通讯数据，测试各种通讯对象的基本功能。结果验证了在数据的有效性，实现了CANopen协议的基本要求。

【关键词】CANopen协议；DSP处理器；对象字典；现场总线

0 引言

随着计算机网络技术的发展，以现场总线为代表的控制网络在工业以及其他控制系统中受到广泛地应用[1]。CAN总线就是其中一种在分布式运动控制系统中应用比较广泛的总线，然而CAN的基本协议只有物理层和数据链路层协议[2]，本身并不完整。为了使各种CAN设备可以互相兼容，需要一个开放的、标准化的高层协议来实现各种CAN设备进行标准的、统一的通讯。

TMS320F28335数字处理器[3]是目前控制领域性能最高的32位定点DSP芯片，具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外设集成度高等特点，为控制领域提供了高性能解决方案。它集成了两个有2个增强型总线控制器（eCAN），完全兼容CAN2.0B标准，该模块由CAN协议核心（CPK）和消息控制器组成完全支持CANopen 通讯协议。

本文提出了基于DSP TMS320F28335控制器CANopen嵌入式从站的硬件和软件架构，为下一步CANopen嵌入式运动控制系统的开发打下了基础。

1 硬件设计

一个简单的CAN网络可以只由两个节点构成，一个作为发送命令和数据的主节点，另一个作为根据主节点要求进行动作的从节点。TMS320F28335数字信号处理器作为下位机的控制芯片，进行实时收发数据，DSP在实际使用中主要完成和上位机PLC的 CAN 接口通讯任务[4]，如图1所示，使用DSP自带的CAN 控制器模块，外接总线收发器 SN65HVD230D构成下位机CAN节点，作为通讯从节点。上位机向下位机发送各种数据，下位机根据要求主动或被动向上位机发送数据。

图1 CAN 通信系统结构

总线收发器芯片SN65HVD230D供电电压为3.3V，与DSP电平完全兼容。从站DSP控制板将3.3V供电电压、地线以及CAN发送（CANTX）、接收（CANRX）引脚接到总线收发器芯片相应的引脚。

2 CANopen 协议设计

为了对各类对象进行规范化和方便的管理，在协议中定义了对象字典的概念。对象字典是所有数据结构的集合，这些数据涉及设备的应用程序、通信以及状态机，对象字典利用对象来描述CANopen 设备的全部功能，并且它也是通信接口与应用程度之间的接口。

2.1 对象字典的结构及实现

CANopen协议已经将对象字典进行分配，用户可以通过同一个索引和子索引获得所有设备中的通信对象，对象包括设备信息，设备节点 ID，设备的过程数据对象的通讯参数与映射参数、服务数据对象信息，设备节点状态信息、错误管理信息等内容。在要求实现节点监控功能的节点中，对象字典包括记录各个节点状态信息与监控设置的数据块。如图2所示，对象字典文件中部分接受PDO通讯参数。

读取对象字典内容是 CANopen 中很常见的操作，对象字典读取操作可以读取对象所有子索引或者某一确定的子索引。对象字典读取入口函数为：

图2 对象字典文件

typedef struct td_indextable

{

subindex* pSubindex；

UNS8 bSubCount；

UNS16 index；

} indextable；

对象字典访问函数为：

const indextable *ptrTable；

ODCallback_t *Callback；

3 CANopen 通讯底层驱动设计

TMS320F28335数字处理器从站通讯软件是利用处理器本身的固件库资源，设计CAN 通讯相关的 API 函数，包括CAN 节点初始化与节点管理、CAN 状态控制、报文标识符滤波，发送/接收报文、设置 CAN 波特率，设置中断等。这些函数是实现CANopen通讯的软件基础，具体函数如下：

CAN_PORT canInit（int port， CO_Data *ObjDict_Data， unsigned long bitrate）；UNS8 canSetBitrate （CAN_PORT port， unsigned long bitrate）；

static unsigned long TranslateBaudRate（char *rate）；

UNS8 canChangeBaudRate （CAN_PORT port， char *rate）；

unsigned char canSend （CAN_PORT p，Message *m）；

static void canReceive（CAN_PORT p， UNS8 box， Message *m）；

static void can_irq_mbox_handler （CAN_PORT p）；

4 CANopen協议从站软件流程

根据DSP开发环境CCS3.3的配置，如图3所示，系统上电微处理器初始化完毕后，软件从main函数开始执行。

图3 CCS从站软件开发界面

函数完成了微处理器全局硬件配置，CAN 通讯配置，及 CANopen 初始化配置，成功发送发送启动报文之后，进入 for 死循环，等待主站 NMT 命令进入操作状态，随后从站软件的报文收发以及 NMT 状态机操作均在中断程序下进行。从站的软件流程如图4所示，进入预操作状态并发送启动报文，等待主站“进入操作状态”NMT 指令以进入操作状态。在预操作状态与操作状态，控制器可以根据主站 SDO 配置自身对象字典，从站只有在操作状态下才能进行 PDO 传输。

图4 从站软件流程

5 结论

本文实现了基于TMS320F28335处理器的CANopen协议从站的软硬件开发工作，完成了DSP全局时钟与CAN通讯配置以及节点CANopen对象字典的建立过程与访问方式，在与主站PLC通讯过程中达到了满意的效果。

【参考文献】

[1]贺天柱，孙瑜.现场总线发展历史与未来发展趋势[J].渭南师范学院学报，2005，20（5）：75-78.

[2]云利军，孙鹤旭.运动控制研究现状及趋势[J].控制工程，2006，13（4）：89-92.

[3]TMS320F28335，TMS320F28334，TMS320F28332，TMS320F28235，TMS320F28234，TMS320F28232数字信号处理器数据手册[Z].

[4]广州周立功单片机发展有限公司CANopen 协议介绍[Z].

[责任编辑：杨玉洁]