CANopen總線技術
在CAN總線協議飛速發展的20年中，很多領域都制定了CAN在該領域應用時所采用的高層協議規范。其中，比較著名的有美國汽車工程師協會(SAE)制定的車內通信規范J1939等。這些協議和規范對CAN的推廣起了很大的作用，但總體來說，協議的模塊化特性都不太好，一般只能應用于特定的領域。為了能夠把CAN推廣到更多的領域，歐洲一些公司推出了CAL(應用層CAN)協議，盡管CAL在理論上正確，并在工業上可以投入應用，但每個用戶都必須設計一個新的子協議，因為CAL 是一個真正的應用層協議。CAL 可以被看作一個應用CAN 方案的必要理論步驟，但在這一領域它不會被推廣。從1993 年起，由Bosch公司領導的一個歐洲機構研究出一個協議原型，由此發展成為CANopen規范。
CANopen是一個基于CAL的子協議，采用面向對象的思想設計，具有很好的模塊化特性和很高的適應性，通過擴展可以適用于大量的應用領域。在CANopen規范基本完成之后，Bosch將其移交給CIA組織，由其進行維護與發展。在1995年，CIA發表了完整版的CANopen通信子協議；僅僅用了5年的時間，它已成為全歐洲重要的嵌入式網絡標準。
CANopen不僅定義了應用層和通信子協議，而且為可編程系統、不同器件、接口、應用子協議定義了大量的行規，遵循這些行規開發出的CANopen設備將能夠實現不同公司產品間的互操作。另外，CANopen協議是免許可證的，任何組織和個人都可以開發支持CANopen協議的設備而不用支付版稅，這也是CANopen得到迅猛發展的重要原因之一。CANopen目前已在汽車工業控制系統，公共交通運輸系統，醫療設備，海運電子設備和建筑自動化系統中取得了廣泛的應用，是將CAN應用推向深化的理想選擇。
1. 采用CANopen協議實現通信
CANopen協議中包含了標準的應用層規范和通信規范，其通信模型如圖1所示。在CANopen的應用層，設備間通過相互交換通信對象進行通信。良好的分層和面向對象的設計思想將帶給用戶一個清晰的通信模型。
2. CANopen設備模型
一個CANopen設備模塊可以被分為3部分，如圖2所示。
通信接口和協議軟件提供在總線上收發通信對象的服務。不同CANopen設備間的通信都是通過交換通信對象完成的。這一部分直接面向CAN控制器進行操作。
對象字典描述了設備使用的所有的數據類型，通信對象和應用對象。是一個CANopen設備的核心部分。對象字典位于通信程序和應用程序之間，向應用程序提供接口，應用程序對對象字典進行操作就可以實現CANopen通信。理解對象字典的概念是理解CANopen模型的關鍵。
應用程序由用戶編寫，包括功能部分和通信部分。通信部分通過對對象字典進行操作實現CANopen通信，而功能部分由用戶根據應用要求實現。
CANopen網絡的通信和管理都是通過不同的通信對象來完成的，為了能夠實現通信，網絡管理，緊急情況處理等功能，CANopen規范定義了四類標準的通信對象：
3. 進程數據對象(PDO)
第一類通信對象為進程數據對象。PDO被映射到單一的CAN幀中，使用所有的8個字節的數據域來傳輸應用對象。每個PDO有一個獨立的標識符并且可能只被一個節點發送，但它可以被多于一個節點接收，這種模式被稱之為生產者/消費者通信模式。PDO可以通過多種模式傳送，內部事件，外部時鐘，遠程幀請求以及從特定節點接收到同步報文都可以啟動PDO發送。
4. 服務數據對象(SDO)
第二類通信對象為服務數據對象，該對象可以傳輸大于8個字節的配置信息。也就是說，SDO傳送協議允許傳送任意長度的對象。接收者將確認收到的每個段信息，發送和接收者間將建立點對點的通信，稱之為客戶機/服務器模式。未來，CANopen將允許快速傳輸SDO，不必對傳送的每個段都進行確認，只要在整個對象傳送完畢后進行確認即可。
5. 網絡管理對象(NMT)
第三類通信對象是網絡管理對象，包括節點警戒對象以及NMT對象。節點警戒對象是由NMT主節點遠程請求發送的帶有1字節數據的CAN幀，一個字節的數據中包含1個觸發位以及7個用于表示節點狀態的數據位。NMT主節點將周期性地發送節點警戒對象。發送周期(警戒時間)的長度在對象字典中規定并且可以通過SDO進行配置。另外，系統還定義了生命警戒時間，NMT主節點要在生命警戒時間過后向NMT從節點發送遠程請求。這種機制保證了即使NMT主節點不在了，系統中的其他節點也可以通過用戶定義的方式進行回應。
6. 特殊功能對象
CANopen還為同步，緊急狀態表示以及時間標記傳送定義了三個特定的對象。同步對象由同步制造者向網絡進行周期性廣播，該對象將提供基本的網絡時鐘。當設備發生嚴重的內部錯誤時，相關的一個緊急狀態客戶機將發送一個緊急狀態對象。時間標記對象將為應用設備提供公共的時間幀參考。
要理解CANopen規范，核心是要理解CANopen的設備模型和各類型的通信對象。掌握了這兩者后，通過利用各類標準的設備描述就可以開發出符合國際標準的CANopen設備了。
7. 展望
最近一段時期，國內開發、應用CAN系統的人員正在逐漸增多，對CAN協議的研究也在不斷加深。在很多領域，如研制電動汽車和混合動力汽車的863重大課題，已經將CAN作為標準的車內通信協議確定下來。電力，航天等部門也在CAN方面取得了不小的應用成績。
在CAN應用蓬勃發展的時候，我們也應當清醒地看到，盡管CAN協議在歐美已經發展了20年，應用層協議的發展也差不多有10年時間，但目前國內大多數的應用系統仍然基于CAN2.0B規范開發，還不能在應用層的水平上進一步深入，這不能不說是很遺憾的事情。另外，國內研究、開發CAN協議，尤其是CAN高層協議的組織和人員還太少，這對CAN在中國的推廣是十分不利的，筆者誠切希望更多的有識之士能夠加入這一行列。