基于TMS320F28335的CANopen協(xié)議從節(jié)點設(shè)計與實現(xiàn)

肖海峰　楊柳

【摘 要】在分析CANopen協(xié)議的設(shè)備模型、對象字典以及CANopen設(shè)備的各種狀態(tài)的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種基于DSP TMS320F28335的CANopen通訊協(xié)議從站。按照 CANopen協(xié)議的規(guī)定完成軟件編寫任務，實現(xiàn)該從站與主站PLC通訊數(shù)據(jù)，測試各種通訊對象的基本功能。結(jié)果驗證了在數(shù)據(jù)的有效性，實現(xiàn)了CANopen協(xié)議的基本要求。

【關(guān)鍵詞】CANopen協(xié)議；DSP處理器；對象字典；現(xiàn)場總線

0 引言

隨著計算機網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，以現(xiàn)場總線為代表的控制網(wǎng)絡在工業(yè)以及其他控制系統(tǒng)中受到廣泛地應用[1]。CAN總線就是其中一種在分布式運動控制系統(tǒng)中應用比較廣泛的總線，然而CAN的基本協(xié)議只有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議[2]，本身并不完整。為了使各種CAN設(shè)備可以互相兼容，需要一個開放的、標準化的高層協(xié)議來實現(xiàn)各種CAN設(shè)備進行標準的、統(tǒng)一的通訊。

TMS320F28335數(shù)字處理器[3]是目前控制領(lǐng)域性能最高的32位定點DSP芯片，具有精度高、成本低、功耗小、性能高、外設(shè)集成度高等特點，為控制領(lǐng)域提供了高性能解決方案。它集成了兩個有2個增強型總線控制器（eCAN），完全兼容CAN2.0B標準，該模塊由CAN協(xié)議核心（CPK）和消息控制器組成完全支持CANopen 通訊協(xié)議。

本文提出了基于DSP TMS320F28335控制器CANopen嵌入式從站的硬件和軟件架構(gòu)，為下一步CANopen嵌入式運動控制系統(tǒng)的開發(fā)打下了基礎(chǔ)。

1 硬件設(shè)計

一個簡單的CAN網(wǎng)絡可以只由兩個節(jié)點構(gòu)成，一個作為發(fā)送命令和數(shù)據(jù)的主節(jié)點，另一個作為根據(jù)主節(jié)點要求進行動作的從節(jié)點。TMS320F28335數(shù)字信號處理器作為下位機的控制芯片，進行實時收發(fā)數(shù)據(jù)，DSP在實際使用中主要完成和上位機PLC的 CAN 接口通訊任務[4]，如圖1所示，使用DSP自帶的CAN 控制器模塊，外接總線收發(fā)器 SN65HVD230D構(gòu)成下位機CAN節(jié)點，作為通訊從節(jié)點。上位機向下位機發(fā)送各種數(shù)據(jù)，下位機根據(jù)要求主動或被動向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖1 CAN 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

總線收發(fā)器芯片SN65HVD230D供電電壓為3.3V，與DSP電平完全兼容。從站DSP控制板將3.3V供電電壓、地線以及CAN發(fā)送（CANTX）、接收（CANRX）引腳接到總線收發(fā)器芯片相應的引腳。

2 CANopen 協(xié)議設(shè)計

為了對各類對象進行規(guī)范化和方便的管理，在協(xié)議中定義了對象字典的概念。對象字典是所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合，這些數(shù)據(jù)涉及設(shè)備的應用程序、通信以及狀態(tài)機，對象字典利用對象來描述CANopen 設(shè)備的全部功能，并且它也是通信接口與應用程度之間的接口。

2.1 對象字典的結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)

CANopen協(xié)議已經(jīng)將對象字典進行分配，用戶可以通過同一個索引和子索引獲得所有設(shè)備中的通信對象，對象包括設(shè)備信息，設(shè)備節(jié)點 ID，設(shè)備的過程數(shù)據(jù)對象的通訊參數(shù)與映射參數(shù)、服務數(shù)據(jù)對象信息，設(shè)備節(jié)點狀態(tài)信息、錯誤管理信息等內(nèi)容。在要求實現(xiàn)節(jié)點監(jiān)控功能的節(jié)點中，對象字典包括記錄各個節(jié)點狀態(tài)信息與監(jiān)控設(shè)置的數(shù)據(jù)塊。如圖2所示，對象字典文件中部分接受PDO通訊參數(shù)。

讀取對象字典內(nèi)容是 CANopen 中很常見的操作，對象字典讀取操作可以讀取對象所有子索引或者某一確定的子索引。對象字典讀取入口函數(shù)為：

圖2 對象字典文件

typedef struct td_indextable

{

subindex* pSubindex；

UNS8 bSubCount；

UNS16 index；

} indextable；

對象字典訪問函數(shù)為：

const indextable *ptrTable；

ODCallback_t *Callback；

3 CANopen 通訊底層驅(qū)動設(shè)計

TMS320F28335數(shù)字處理器從站通訊軟件是利用處理器本身的固件庫資源，設(shè)計CAN 通訊相關(guān)的 API 函數(shù)，包括CAN 節(jié)點初始化與節(jié)點管理、CAN 狀態(tài)控制、報文標識符濾波，發(fā)送/接收報文、設(shè)置 CAN 波特率，設(shè)置中斷等。這些函數(shù)是實現(xiàn)CANopen通訊的軟件基礎(chǔ)，具體函數(shù)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(xié)議從站軟件流程

根據(jù)DSP開發(fā)環(huán)境CCS3.3的配置，如圖3所示，系統(tǒng)上電微處理器初始化完畢后，軟件從main函數(shù)開始執(zhí)行。

圖3 CCS從站軟件開發(fā)界面

函數(shù)完成了微處理器全局硬件配置，CAN 通訊配置，及 CANopen 初始化配置，成功發(fā)送發(fā)送啟動報文之后，進入 for 死循環(huán)，等待主站 NMT 命令進入操作狀態(tài)，隨后從站軟件的報文收發(fā)以及 NMT 狀態(tài)機操作均在中斷程序下進行。從站的軟件流程如圖4所示，進入預操作狀態(tài)并發(fā)送啟動報文，等待主站“進入操作狀態(tài)”NMT 指令以進入操作狀態(tài)。在預操作狀態(tài)與操作狀態(tài)，控制器可以根據(jù)主站 SDO 配置自身對象字典，從站只有在操作狀態(tài)下才能進行 PDO 傳輸。

圖4 從站軟件流程

5 結(jié)論

本文實現(xiàn)了基于TMS320F28335處理器的CANopen協(xié)議從站的軟硬件開發(fā)工作，完成了DSP全局時鐘與CAN通訊配置以及節(jié)點CANopen對象字典的建立過程與訪問方式，在與主站PLC通訊過程中達到了滿意的效果。

【參考文獻】

[1]賀天柱，孫瑜.現(xiàn)場總線發(fā)展歷史與未來發(fā)展趨勢[J].渭南師范學院學報，2005，20（5）：75-78.

[2]云利軍，孫鶴旭.運動控制研究現(xiàn)狀及趨勢[J].控制工程，2006，13（4）：89-92.

[3]TMS320F28335，TMS320F28334，TMS320F28332，TMS320F28235，TMS320F28234，TMS320F28232數(shù)字信號處理器數(shù)據(jù)手冊[Z].

[4]廣州周立功單片機發(fā)展有限公司CANopen 協(xié)議介紹[Z].

[責任編輯：楊玉潔]