使用ES32实现CANopen从机

工程师笔记 | 使用ES32实现CANopen从机

CANopen 是一种基于CAN的通信协议，已在工业领域得到了广泛应用。

CAN提供可靠的底层数据传输，CANopen提供标准化的应用层协议。在CANopen协议中，每个CANopen设备都有一个对象字典。CANopen设备模型如下图。对象字典描述了CANopen设备的所有行为和参数。

CanFestival是一套开源免费的CANopen协议栈。它功能强大，且提供图像化的对象字典编辑工具。RT-Thread已经将CanFestival制作成软件包。所以只需完善对应驱动就能实现CANopen。

本文将要介绍：在 ES32 平台上，基于 RT-Thread bsp 实现 CANopen 从机的方法。

开启本实验前，读者需要首先了解：

☞本实验基于RT-Thread 4.0.4版本，用户可以从GitHub或Gitee获取：

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

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

☞ 基础的软硬件环境配置和ES-CodeMaker使用方法。详细请查看（点击直接打开）：工程师笔记 | ES-CodeMaker for RT-Thread （一）快速上手

☞ ES-CodeMaker for RT-Thread软件的获取方法，在文本的最后给出。

1. 硬件配置

本实验使用ZLG的USBCAN-E-P做为主站，ES-PDS-ES32F3696LX开发板和ES-PDS-CAN模块作为从机。

▲CANopen主站卡

将ES-PDS-CAN模块插入开发板CAN接口上。CAN模块与开发板的连接：

ES-PDS-CAN模块接口	ES-PDS-ES32F3696LX开发板管脚功能
VCC	电源VDD
GND	电源地GND
RX	CAN0_RX（PB8）
TX	CAN0_TX（PB9）

USBCAN-E-P CANopen主站卡与ES-PDS-CAN模块的连接：

CANopen主站卡接口	ES-PDS-CAN模块接口
CAN_H	CAN_H
CAN_L	CAN_L

ES-PDS-ES32F3696LX开发板上的跳线接口：

1 . 闭合JP4：使开发板为芯片供电。

2 . 闭合JP2、JP3：通过板载调试器将UART2转为串口，方便调试程序。

2. 驱动配置

通过ES-CodeMaker可实现可视化的管脚功能配置

新建工程

选择芯片ES32F3696LX，填写工程名称和路径，选择模板 pkg-example-canopen：

开启 UART2 功能和对应的管脚作为RT-Thread的控制台功能。

开启 CAN0 的管脚: PB8，PB9 ，并选择相应的CAN功能，可以设置can设备的名称。设备配置为：波特率1000000，使能失败自动重发，再同步跳转宽度为4个时间片。

开启 AD16C4T0 作为 HWTIMER ，并选择相应的功能，可以设置hwtimer设备的名称。设备配置为：递增计数模式。

3. RT-Thread配置

使用RT-Thread env工具配置RT-Thread的内核、组件、软件包和驱动。

1 . 在路径rt-thread-v4.0.4spessemies32f369x中，打开ENV工具

2 . 输入menuconfig配置工程

rt-thread 内核配置

RT-Thread Kernal -> Kernel Device Object 进行内核设备对象设置。将控制台的设备名改为“uart2”。

rt-thread 软件包 CanFestival 配置

RT-Thread online packages → miscellaneous packages开启CanFestival 软件包，选择版本：v1.0.0。CanFestival是一个开源免费的 CANopen 协议栈。

RT-Thread online packages → miscellaneous packages → CanFestival: A free software CANopen framework 打开配置界面。选择can和hwtimer的设备名，及线程的优先级。

UART 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> UART Drivers 开启uart2，与RT-Thread控制台通信。

CAN 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> CAN Drivers 开启can0，为CanFestival提供CAN驱动。

TIMER 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> HWTIMER Drivers 开启timer0，为CanFestival提供timer驱动。

开启CANopen用例

Hardware Drivers Config -> Pkgs Support Example -> Canopen -> USBCAN_E_P_EXAMPLE_SLAVE开启CANopen从机例程。

配置好之后保存退出。

3 . 输入pkgs --update命令更新软件包。然后根据 6. 软件包程序修改说明 优化软件包的部分接口。

4 . 输入scons --target=mdk5命令生成keil5工程。（使用IAR等其他平台指定--target=xxx即可）

5 . 使用Keil5打开工程，编译并下载。

4. 实验说明

1 . 安装CANopen对象字典编辑工具

CANopen协议的核心是对象字典。由于CANopen的对象字典较为复杂，不建议手写对象字典。CANopen对象字典编辑工具安装方法如下：

☞ 首先获取资源：

☆从官方获取python2.7：

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

☆从官方获取wxPython2.8：

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

☆2种获取CANopen源码的方式：

a . 从官方获取CANopen源码：

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

b . 从百度网盘获取CANopen源码：

https://pan.baidu.com/s/1b9K0vIzu_EVWK1BLURJEPQ 提取码为：j2w2

资源获取成功后：

a . 安装python2.7。

b . 安装wxPython2.8。

c . 解压CANopen源码，获得Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8d文件夹。

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

解压Gnosis_Utils-1.2.2.tar后，获得Gnosis_Utils-1.2.2文件夹。

e . 将 Gnosis_Utils-1.2.2gnosis文件夹，复制到 Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8dobjdictgen路径下。如下图所示：

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

如果安装正常，则会出现以下的界面：

2 . CANopen对象字典编辑工具的使用方法如下：

a . 点击左上角的按钮“文件”，可新建或打开对象字典。

打开bsp中的对象字典。

打开对象字典成功后，如下图所示：

b . 点击选项后，可编辑字典，如下图所示：

CANopen对象字典各索引范围的描述如下图。

对象字典索引0x2000~0x5FFF的制造商特定自协议区，常被用于存放应用数据。

如下图所示：可以直接通过编辑工具修改对象字典索引0x2100的数据。

c . 将CANopen对象字典输出的方法如下：

点击【建立字典】后，会生成.c和.h对象字典文件。如果当前打开的是工程内的.od文件，则会更新工程中的对象字典。

点击【导出成EDS文件】后，会生成eds文件。CANopen主机需要用eds文件解析从机。

4 . CANopen从机程序流程。

在CANopen中，PDO为过程数据对象协议，可用于在多节点之间交换即时数据。PDO被分为RPDO和TPDO。RPDO为从机接收数据。TPDO为从机发送数据。

在用例从机对象字典中，有4个RPDO，4个TPDO。在下图中N的取值为1~4。

如上图所示，应用层CANopen从机程序流程为：

a . 初始化底层驱动。初始化CANopen，并导入对象字典。

b . 从机进入预操作状态后，不断读写对象字典。

注意：因为双方的时钟相互独立，存在误差。所以加速了当前使用的硬件定时器，使从机能及时响应主机。

5 . CANopen主站卡环境安装。

本实验用 USBCAN-E-P CANopen主站卡作为CANopen主机，开发板作为CANopen从机。

☞ 从官网获取 USBCAN-E-P 资料：

☆ 获取USBCAN-E-P 的PC端上位机软件安装包：

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

☆ 获取USBCAN-E-P用户手册：

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

☆获取USBCAN-E-P驱动：

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

PC端上位机软件安装完成后，获得软件 CANManager for CANopen ：

然后根据用户手册，安装USBCAN-E-P驱动。

5. 实验现象

1 .将CANopen从机程序下载后，RT-Thead控制台输出如下信息：

2 . 然后打开CANManager for CANopen。

导入CANopen从机的eds。

选择从机用例的eds文件。文件路径为：driverspkg_support_examplecanopenUSBCAN-E-P-example-slaveapp_od.eds

点击搜索，开始搜索从机，如下图所示：

搜索到从机后，点击右下角的关闭按钮后，如下图所示：

3 . 点击左上角的启动后，设置如图：

启动后，可观察到现象：主机收到从机的TPDO中，红色框中的数据在不断循环。蓝色框中的数据不变，为字典中的初始值。与程序流程图逻辑一致。

点击RPDO1的手动发送后。TPDO1的后4字节数据与RPDO1的后4字节数据一致。

修改RPDO2后4字节数据后，点击RPDO2的手动发送后。TPDO2的后4字节数据与RPDO2的后4字节数据一致。

4 . 实验完成后，RT-Thread控制台输出如下信息：

如果主机和从机几乎同时往CAN总线发送数据，就会有 CAN通讯超载 的紧急报文。

receivedEMCYmessage.Node:08ErrorCode:8110ErrorRegister:11

CANopen紧急报文错误代码说明如下：

6. 软件包程序修改说明

1 . CanFestival 软件包修改（版本：v1.0.0）

该软件包有3处需要修改：

软件包第1处修改

修改原因：can过滤器控制块配置不正确。

a . 宏RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT，会将过滤表号设置为-1。如果过滤表号为-1，则表示：不指定过滤表号，该过滤器控制块不会被初始化。这会导致回调函数无效。所以需要修改过滤表号：将过滤表号修改为 0。

b . 适配rt-thread的驱动框架。将过滤表模式修改为0。

具体修改如下：（修改前的代码 + 修改后的代码）

将 packagesCanFestival-v1.0.0srccan_rtthread.c 进行更改。can_rtthread.c的部分内容如下：

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,/*过滤表模式*/
.mask=0,
.hdr=0,/*过滤表号*/
.ind=can1ind,
.args=&can_data.event
}
};

软件包第2处修改

修改原因：部分符号定义冲突。在ES32底层库中，TRUE 和 FALSE会被定义为枚举。在软件包中，TRUE 和 FALSE会被定义为宏。

具体修改如下：

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

#include"type.h"

软件包第3处修改

修改原因：删除非必要的文件。

具体修改如下：

packagesCanFestival-v1.0.0src imer_rtthread.c

#include

7. 如何获取 ES-CodeMaker for RT-Thread？

审核编辑：汤梓红