工程師筆記 | 使用ES32實現CANopen從機

CANopen 是一種基于CAN的通信協議，已在工業領域得到了廣泛應用。

CAN提供可靠的底層數據傳輸，CANopen提供標準化的應用層協議。在CANopen協議中，每個CANopen設備都有一個對象字典。CANopen設備模型如下圖。對象字典描述了CANopen設備的所有行為和參數。

CanFestival是一套開源免費的CANopen協議棧。它功能強大，且提供圖像化的對象字典編輯工具。RT-Thread已經將CanFestival制作成軟件包。所以只需完善對應驅動就能實現CANopen。

本文將要介紹：在 ES32 平臺上，基于 RT-Thread bsp 實現 CANopen 從機的方法。

開啟本實驗前，讀者需要首先了解：

?本實驗基于RT-Thread 4.0.4版本，用戶可以從GitHub或Gitee獲?。?/p>

☆從GitHub下載RT-Thread 4.0.4：https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/v4.0.4

☆從Gitee下載RT-Thread 4.0.4：https://gitee.com/rtthread/rt-thread/tree/v4.0.4

? 基礎的軟硬件環境配置和ES-CodeMaker使用方法。詳細請查看（點擊直接打開）：工程師筆記 | ES-CodeMaker for RT-Thread （一）快速上手

? ES-CodeMaker for RT-Thread軟件的獲取方法，在文本的最后給出。

1. 硬件配置

本實驗使用ZLG的USBCAN-E-P做為主站，ES-PDS-ES32F3696LX開發板和ES-PDS-CAN模塊作為從機。

▲CANopen主站卡

將ES-PDS-CAN模塊插入開發板CAN接口上。CAN模塊與開發板的連接：

ES-PDS-CAN模塊接口	ES-PDS-ES32F3696LX開發板管腳功能
VCC	電源VDD
GND	電源地GND
RX	CAN0_RX（PB8）
TX	CAN0_TX（PB9）

USBCAN-E-P CANopen主站卡與ES-PDS-CAN模塊的連接：

CANopen主站卡接口	ES-PDS-CAN模塊接口
CAN_H	CAN_H
CAN_L	CAN_L

ES-PDS-ES32F3696LX開發板上的跳線接口：

1 . 閉合JP4：使開發板為芯片供電。

2 . 閉合JP2、JP3：通過板載調試器將UART2轉為串口，方便調試程序。

2. 驅動配置

通過ES-CodeMaker可實現可視化的管腳功能配置

新建工程

選擇芯片ES32F3696LX，填寫工程名稱和路徑，選擇模板 pkg-example-canopen：

開啟 UART2 功能和對應的管腳作為RT-Thread的控制臺功能。

開啟 CAN0 的管腳: PB8，PB9 ，并選擇相應的CAN功能，可以設置can設備的名稱。設備配置為：波特率1000000，使能失敗自動重發，再同步跳轉寬度為4個時間片。

開啟 AD16C4T0 作為 HWTIMER ，并選擇相應的功能，可以設置hwtimer設備的名稱。設備配置為：遞增計數模式。

3. RT-Thread配置

使用RT-Thread env工具配置RT-Thread的內核、組件、軟件包和驅動。

1 . 在路徑rt-thread-v4.0.4spessemies32f369x中，打開ENV工具

2 . 輸入menuconfig配置工程

rt-thread 內核配置

RT-Thread Kernal -> Kernel Device Object 進行內核設備對象設置。將控制臺的設備名改為“uart2”。

rt-thread 軟件包 CanFestival 配置

RT-Thread online packages → miscellaneous packages開啟CanFestival 軟件包，選擇版本：v1.0.0。CanFestival是一個開源免費的 CANopen 協議棧。

RT-Thread online packages → miscellaneous packages → CanFestival: A free software CANopen framework 打開配置界面。選擇can和hwtimer的設備名，及線程的優先級。

UART 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> UART Drivers 開啟uart2，與RT-Thread控制臺通信。

CAN 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> CAN Drivers 開啟can0，為CanFestival提供CAN驅動。

TIMER 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> HWTIMER Drivers 開啟timer0，為CanFestival提供timer驅動。

開啟CANopen用例

Hardware Drivers Config -> Pkgs Support Example -> Canopen -> USBCAN_E_P_EXAMPLE_SLAVE開啟CANopen從機例程。

配置好之后保存退出。

3 . 輸入pkgs --update命令更新軟件包。然后根據 6. 軟件包程序修改說明 優化軟件包的部分接口。

4 . 輸入scons --target=mdk5命令生成keil5工程。（使用IAR等其他平臺指定--target=xxx即可）

5 . 使用Keil5打開工程，編譯并下載。

4. 實驗說明

1 . 安裝CANopen對象字典編輯工具

CANopen協議的核心是對象字典。由于CANopen的對象字典較為復雜，不建議手寫對象字典。CANopen對象字典編輯工具安裝方法如下：

? 首先獲取資源：

☆從官方獲取python2.7：

https://www.python.org/downloads/release/python-2715/

☆從官方獲取wxPython2.8：

https://sourceforge.net/projects/wxpython/files/wxPython/2.8.12.1/

☆2種獲取CANopen源碼的方式：

a . 從官方獲取CANopen源碼：

https://bitbucket.org/Mongo/canfestival-3-asc

b . 從百度網盤獲取CANopen源碼：

https://pan.baidu.com/s/1b9K0vIzu_EVWK1BLURJEPQ 提取碼為：j2w2

資源獲取成功后：

a . 安裝python2.7。

b . 安裝wxPython2.8。

c . 解壓CANopen源碼，獲得Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8d文件夾。

d . 解壓Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8dobjdictgenGnosis_Utils-current.tar.gz，獲得Gnosis_Utils-1.2.2.tar。

解壓Gnosis_Utils-1.2.2.tar后，獲得Gnosis_Utils-1.2.2文件夾。

e . 將 Gnosis_Utils-1.2.2gnosis文件夾，復制到 Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8dobjdictgen路徑下。如下圖所示：

f . 雙擊 Mongo-canfestival-...objdictgenobjdictedit.py。

如果安裝正常，則會出現以下的界面：

2 . CANopen對象字典編輯工具的使用方法如下：

a . 點擊左上角的按鈕“文件”，可新建或打開對象字典。

打開bsp中的對象字典。

打開對象字典成功后，如下圖所示：

b . 點擊選項后，可編輯字典，如下圖所示：

CANopen對象字典各索引范圍的描述如下圖。

對象字典索引0x2000~0x5FFF的制造商特定自協議區，常被用于存放應用數據。

如下圖所示：可以直接通過編輯工具修改對象字典索引0x2100的數據。

c . 將CANopen對象字典輸出的方法如下：

點擊【建立字典】后，會生成.c和.h對象字典文件。如果當前打開的是工程內的.od文件，則會更新工程中的對象字典。

點擊【導出成EDS文件】后，會生成eds文件。CANopen主機需要用eds文件解析從機。

4 . CANopen從機程序流程。

在CANopen中，PDO為過程數據對象協議，可用于在多節點之間交換即時數據。PDO被分為RPDO和TPDO。RPDO為從機接收數據。TPDO為從機發送數據。

在用例從機對象字典中，有4個RPDO，4個TPDO。在下圖中N的取值為1~4。

如上圖所示，應用層CANopen從機程序流程為：

a . 初始化底層驅動。初始化CANopen，并導入對象字典。

b . 從機進入預操作狀態后，不斷讀寫對象字典。

注意：因為雙方的時鐘相互獨立，存在誤差。所以加速了當前使用的硬件定時器，使從機能及時響應主機。

5 . CANopen主站卡環境安裝。

本實驗用 USBCAN-E-P CANopen主站卡作為CANopen主機，開發板作為CANopen從機。

? 從官網獲取 USBCAN-E-P 資料：

☆ 獲取USBCAN-E-P 的PC端上位機軟件安裝包：

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/CANopen_Setup.rar

☆ 獲取USBCAN-E-P用戶手冊：

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/USBCAN_E_P_CANOpen_um.pdf

☆獲取USBCAN-E-P驅動：

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/USBCAN_E_P_drive.zip

PC端上位機軟件安裝完成后，獲得軟件 CANManager for CANopen ：

然后根據用戶手冊，安裝USBCAN-E-P驅動。

5. 實驗現象

1 .將CANopen從機程序下載后，RT-Thead控制臺輸出如下信息：

2 . 然后打開CANManager for CANopen。

導入CANopen從機的eds。

選擇從機用例的eds文件。文件路徑為：driverspkg_support_examplecanopenUSBCAN-E-P-example-slaveapp_od.eds

點擊搜索，開始搜索從機，如下圖所示：

搜索到從機后，點擊右下角的關閉按鈕后，如下圖所示：

3 . 點擊左上角的啟動后，設置如圖：

啟動后，可觀察到現象：主機收到從機的TPDO中，紅色框中的數據在不斷循環。藍色框中的數據不變，為字典中的初始值。與程序流程圖邏輯一致。

點擊RPDO1的手動發送后。TPDO1的后4字節數據與RPDO1的后4字節數據一致。

修改RPDO2后4字節數據后，點擊RPDO2的手動發送后。TPDO2的后4字節數據與RPDO2的后4字節數據一致。

4 . 實驗完成后，RT-Thread控制臺輸出如下信息：

如果主機和從機幾乎同時往CAN總線發送數據，就會有 CAN通訊超載 的緊急報文。

receivedEMCYmessage.Node:08ErrorCode:8110ErrorRegister:11

CANopen緊急報文錯誤代碼說明如下：

6. 軟件包程序修改說明

1 . CanFestival 軟件包修改（版本：v1.0.0）

該軟件包有3處需要修改：

軟件包第1處修改

修改原因：can過濾器控制塊配置不正確。

a . 宏RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT，會將過濾表號設置為-1。如果過濾表號為-1，則表示：不指定過濾表號，該過濾器控制塊不會被初始化。這會導致回調函數無效。所以需要修改過濾表號：將過濾表號修改為 0。

b . 適配rt-thread的驅動框架。將過濾表模式修改為0。

具體修改如下：（修改前的代碼 + 修改后的代碼）

將 packagesCanFestival-v1.0.0srccan_rtthread.c 進行更改。can_rtthread.c的部分內容如下：

修改前：

structrt_can_filter_itemfilter1item[1]=
{
RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x180,0,0,1,0,can1ind,&can_data.event)
};

修改后：

structrt_can_filter_itemfilter1item[1]=
{
{
.id=0x180,
.ide=0,
.rtr=0,
.mode=0,/*過濾表模式*/
.mask=0,
.hdr=0,/*過濾表號*/
.ind=can1ind,
.args=&can_data.event
}
};

軟件包第2處修改

修改原因：部分符號定義沖突。在ES32底層庫中，TRUE 和 FALSE會被定義為枚舉。在軟件包中，TRUE 和 FALSE會被定義為宏。

具體修改如下：

在 packagesCanFestival-v1.0.0incdef.h 的#define __def_h__的下方加入頭文件：

#include"type.h"

軟件包第3處修改

修改原因：刪除非必要的文件。

具體修改如下：

packagesCanFestival-v1.0.0src imer_rtthread.c

#include

7. 如何獲取 ES-CodeMaker for RT-Thread？

審核編輯：湯梓紅