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CANopen

iconIntrodution

CANopen은 다음과 같은 기능을 제공하는 CAN기반의 분산 자동화 시스템용 표준 Application 입니다.

- Producer - Consumer principle 따른 Time-critical한 프로세스 데이터 전송

- "Object dictionary" 형식에 따른 Standardized device description
   (data, parameters, functions, programs)

- Standardized services
   Device monitoring (node guarding/heartbeat)
   Error 알림 (emergency messages)
   Network coordination ("network management")

- Standardized system services
   동기운전(synchronization message)
   Central time stamp message

- Standardized help functions : Bus를 통한 통신속도 설정 및
   device identification number

- 소위 "Predefined connection set" 형태를 이용하여 간단한 시스템 구성용
   메시지 식별자에 대한 Standardized assignment pattern 제공

canopen

iconStandardization

CiA 301 "CANopen Application Layer and Communication Profile " 문서는 CANopen의 기본 사양으로서 "CAN-in-Automation e.V." (CiA) . 라는 User organization 을 통해 사용 가능합니다. CiA 302 "Framework for Programmable Devices" 에는 특별히 particular PLCs, HMIs or CANopen tools 을 위한 확장 통신 메커니즘이 설명되어 있습니다. 사양 제안서 CiA 303,CIA 305, CiA 306에는 케이블, 핀 스펙, SI 유닛, 레이어 설정 서비스 (LSS) 및 전자 데이터 시트 (EDS) 규격에 대한 표준 및 권고 사항이 정의되어 있습니다. 모든 CANopen을 사양은 CIA 회원 기업에 의해 개발되며, 자유롭게 사용할 수 있습니다.

iconPhysical structure of a CANopen network

다음 CAN구조는 CANopen네트워크의 기본 physical structure 를 정의하고 있습니다. CANopen은 라인(버스) 토폴로지를 사용하며, 신호의 반사를 방지하기 위해, 네트워크의 양단은 종단 처리 합니다. 또한, Network Node응 연결할 시, 최대 허용 분기 라인 길이도 제공 되고 있습니다.

    • CANopen 네트워크의 권장 허용 비트 레이트는 다음과 같이 CIA 301에 나와 있습니다 :
      - 10 kbps, 20 kbps, 50 kbps, 125 kbps, 250 kbps, 500 kbps, 800 kbps, 1000 kbps.
      - 이와 더불어 권장 비트 타이밍의 구성에 대한 내용도 CiA 301에 나와 있습니다.
    • 추가적으로, CANopen에서는 두 개의 추가 조건이 충족되어야 합니다.
      - 모든 노드들은 동일한 Bit rate로 설정
      - 동일 노드 ID 중복 사용금지
    • 그러나, 불행하게도 자동으로 이러한 조건을 보장하는 어떤 메커니즘도 제공 되지 않습니다. System integrator 는 네트워크 배선시 모든 단일 네트워크 노드의 비트율 및 노드 ID를 검사하고 필요하다면 조정해야 합니다. 일반적으로 노드 ID는 딥 스위치 또는 16 진수 로터리 스위치를 통해 장치에 직접 설정됩니다. 이의 대체 솔루션으로는 CiA 305에 설명 된 "LSS 서비스"(layer setting service) 를 통해 소프트웨어에 의한 두 개의 Reserved CAN identifiers 통해 이러한 파라미터 설정이 가능합니다.
    • Object Dictionary (OD) and Electronic Data Sheet (EDS)
    • CANopen의 가장 중요한 특성 중 하나는 Object dictionary 이라는 표준화 된 디바이스에 대한 기술 입니다. 이는 모든 종류의 장치들에 대해 동일한 구조를 갖는 테이블입니다. 따라서 "외부" , 즉 CAN 버스를 통해 서 논리적 어드레싱 시스템 (Index, Subindex)을 사용하여 디바이스의 중요한 데이터, 파라미터 및 기능들을 액세스 할 수 있습니다.
    • canopen
    • CiA 301에 따른 디바이스의 통신 특성의 표준 기술 외에도, CANopen은 특정 애플리케이션 영역의 전형적인 디바이스를 위한 소위 "device profiles" 를 정의합니다. 이것은 디바이스 유형마다 가장 중요한 파라미터, 데이터 및 기능 (예를 들어 입력 / 출력 모듈, 구동 장치, 인코더, 등)을 지정합니다. Electronical data sheet (EDS)는 디렉토리의 각 항목의 데이터 유형과 기능을 포함합니다. 통상적으로, EDS는 ASCII 파일로서, 모든 데이터를 포함하고 있으며, 데이터의 보다 유연하고 확장 처리가 가능하게 하기 위해, 그 포맷이 XML 형식으로 변환되게 됩니다.
    • Data Transfer via SDO and PDO
    • 기본적으로, 데이터를 전송하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 Service data objects (SDO) 로서 Client - Server communication 기반으로, 그 Index / Sub-index를 이용하여 Object에 대한 직접 어드레싱이 가능합니다. 이 SDO는 이 디바이스의 Configuration 및 대량 데이터의 Up-. Download를 위해서도 사용되지만, 추가적인 오버헤드가 발생하게 됩니다.
  • 또 하나는 Process data Objects (PDO) 로서 Producer-Consumer model에 따라 데이터의 효율적인 전송을 제공합니다. 데이터 길이는 여덟 바이트로 제한되어 있지만 프로토콜 오버 헤드가 포함되어 있지 않습니다. 한 PDO는 Object Dictionary 에 대한 하나 이상의 엔트리의 값을 포함 할 수 있지만, PDO의 내용은 초기화 동안 정의 되어야 합니다. 각 디바이스는 시스템 (메모리, 처리 능력), 또는 네트워크 (Number of available CAN identifiers)의 제한 때문에 최대 512개의 수신 및 송신 PDO를 지정할 수 있습니다.
  • canopen
    • PDO는 Remote requests 나, 내부 이벤트 (즉 Trigger resp / Timer, 혹은 SYNC 메세지 수신시) 에 의해 트리거 됩니다. 네트워크 상의 모든 노드는 메시지를 수신 할 수 있습니다. (PDO-Consumers) 이때, 이 데이터에 연관된 Object 만이 수신된 CAN-ID를 필터링하여 데이터를 처리할 수 있습니다.
    • Emergency Messages
    • CANopen은 계층적 마스터 - 슬레이브 시스템이 아니기 때문에, 노드에 대한 모니터링은 실제 노드의 상태가 아닌 노드의 통신 상태만을 포함하고 있고 따라서, 각 노드는 에러 상황을 표시하기 위해 High priority CAN identifier를 필요로 합니다. 이 메카니즘은 "Emergency Messaging" "이라고 하며, 연관 된 통신 Object는 "Emergency Message"라고 하는데, 이 "Emergency Message"는 다음과 같은 포맷의 8 바이트로 구성되어 있습니다.
    • canopen
    • Error Code는DS-301에 지정되어 있습니다. "Emergency Message" 송신과 동시에, 디바이스는 자신의 에러 이력에 에러 코드를 기록합니다. Error register는 비트 단위로 에러 원인을 표시하고 있습니다.