1 引言
在上期文章中我們了解了CANopen從站設備的開發步驟，本期文章中我們將介紹一款嵌入式CANopen協議轉換模塊。
CANopen協議作為CAN總線的應用層協議，擁有復雜的網絡管理（Network Management）、實時過程數據對象（Process Data Object）、服務數據對象（Service Data Object）、預定義連接和特殊功能對象等基本功能，另外CANopen協議還定義了指示燈規范、通信安全架構、在線配置、EDS文件規范、標準設備規范等一系列協議規范。因此開發基于CANopen協議的設備有著非常高的難度以及較長的開發周期。
2 XGate-COP10簡介
XGate-COP10是廣州致遠電子有限公司開發的一款嵌入式CANopen協議轉換模塊，轉換為UART接口，支持CANopen標準協議DS301、DS302、DS303、DS305。XGate-COP10為CANopen從站協議轉換模塊，其內部已經集成了CANopen從站協議棧代碼，不需要二次開發，可快速方便地使現有設備具有CANopen通信能力。該模塊具有如下所示的功能特點：
(1)網絡管理服務對象(NMT：Boot up， Node Guarding/Life guarding，Heartbeat Producer)；
(2)過程數據對象(TPDO與RPDO)；
(3)服務數據對象(SDO服務器)；
(4)緊急報文對象(Emergency)；
(5)同步報文對象(Sync)；
(6)網絡配置對象(LSS從站)；
(7)串口通信能力(UART)；
(8)96 B的輸入輸出數據緩沖（I/O）；
(9)CAN總線支持5 kb/s～1 Mb/s的波特率；
(10)體積小，18 mm×31 mm（DIP24封裝）。
XGate-COP10從站具有高實時性，并可以支持多達12個RPDO和TPDO過程數據傳輸，適用于各種干擾強、實時性要求高的場合，小巧的體積適用于嵌入到各種電路板中，在用戶系統中的結構如圖1所示。
3 硬件設計
XGate-COP10采用標準的DIP24封裝，其外觀如圖2所示。在設計中需要注意的是該模塊沒有集成CAN收發器，所以需要外加一個CAN收發器，這里推薦使用由致遠電子有限公司研發的隔離CAN收發模塊CTM8251T，可使設計更加簡單、可靠。
XGate-COP10模塊可使用DIP開關來設置設備的節點號（Node_ID）和波特率，在特殊情況下也可以不使用DIP開關來設置，可通過用戶UART接口或CANopen層設置功能（LSS）來設置該模塊的節點號和波特率。
圖3所示為XGate-COP10在用戶系統中的典型應用，其中用戶CPU通過UART（TTL電平）與XGate-COP10進行通信，通過UART用戶可以方便地獲取或設置XGate-COP10的輸入輸出數據，實現應用數據與CANopen主站設備的交換。
由于XGate-COP10模塊中未集成有CAN收發器，因此該原理圖采用了CTM8251T隔離收發器，這樣可保證CAN通信的穩定可靠，也實現了整個系統與CAN總線的電氣隔離。
4 軟件設計
XGate-COP10的軟件設計，重點在于用戶CPU與XGate-COP10的UART通信的建立(即完成XGate-COP10所規定的串口通信協議)，在XGate-COP10中，串口數據進行了簡單的協議封裝，實現了對XGate-COP10的既定操作。
(1)串口參數
XGate-COP10使用標準的UART與用戶的CPU進行通信，UART參數為1 個啟始位、8 個數據位、無奇偶校驗位、1 個停止位，波特率57 600 b/s。
(2)通信方式
用戶設備主動詢問，XGate-COP10被動回答。
主/從應答幀結構實現數據通信，數據的通信由主機發起，稱為命令幀。從機接收到后進行應答，稱為響應幀。用戶對XGate-COP10進行的操作功能如表1所示，其中用戶系統設備信息可通過串口寫入到XGate-COP10中。
圖4所示為操作XGate-COP10軟件流程圖。首先，用戶需要對XGate-COP10模塊進行相應的初始化操作，例如寫入用戶設備信息（必需）、節點地址（可選）和波特率（可選）等操作。其次，只有在XGate-COP10處于操作狀態時，與XGate-COP10進行的數據交換才有效。為了方便用戶快速地使用XGate-COP10，致遠電子提供了UART通信協議源代碼，用戶可直接在常用的單片機上使用，也可以稍作修改在特殊的單片機上使用。
5 XGate-COP10與CANopen主站連接
為了使XGate-COP10與主站很方便地建立CANopen通信，致遠電子提供了XGate-COP10的EDS文件，該EDS文件通過了由CiA提供的測試軟件的測試，可無縫地加載到任何標準的CANopen主站設備中。圖5是由致遠電子提供的PCI-5010P CANopen主站卡建立的主站與XGate-COP10的通信截圖。
6 結束語
XGate-COP10以其緊湊的結構、強大而穩定的功能、簡單而可靠的UART通信能力使其很方便地嵌入到各種類型的電路中。XGate-COP10的出現，使開發者不用再為開發CANopen協議棧而苦惱。CANopen產品短期上市也不再是夢想。
廣州致遠電子有限公司提供各種接口的CANopen接口卡、CANopen終端設備(包括數據采集，電機控制等)、CANopen分析儀、網關及網橋、OPC服務器以及基于CANopen協議的整套組網方案及應用開發。