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Tutoriel. Division - Name - Date - Language 2 Protocole CANopen Introduction La couche application CANopen (EN 50325-4), alliée au profil de communication.

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1 Tutoriel

2 Division - Name - Date - Language 2 Protocole CANopen Introduction La couche application CANopen (EN ), alliée au profil de communication CiA 301, donne un accès direct aux paramètres d un équipement, et donne la possibilité de procéder à lémission de données process en temps critique Des services de gestion du réseau CANopen simplifient par ailleurs la conception de projet, lintégration système, et les diagnostics Dans chaque application de contrôle décentralisé, différents services et protocoles de communication son requis CANopen définit tous ces services et protocoles, de même que l ensemble des objets de communication nécessaires

3 Division - Name - Date - Language 3 Protocole CANopen Introduction Le Dictionnaire dObjet décrit la fonctionnalité complète dun équipement par le biais dobjets de communication, et établit la liaison entre linterface de communication et le programme dapplication Lensemble des objets de communication (données dapplication et paramètres de configuration) est décrit de façon standardisée dans son Dictionnaire dObjets Ces objets sont accessible par un index sur 16 bits, et, dans le cas de tableaux et d enregistrements, on dispose d un sous-index de 8 bits

4 Division - Name - Date - Language 4 Protocole CANopen Introduction Les pages suivantes aborde plus en détail le protocole, les services, et objets de communication CANopen Modèle dEquipement (Device) et Dictionnaire d Objets Process Data Objects (PDO) Service Data Objects (SDO) Objets Network Management (NMT) Special Function Objects (SFO : Sync, Emcy, Time) Contrôle d Erreur : protocole Heartbeat Contrôle d Erreur : protocole Heartbeat Bit timing

5 Division - Name - Date - Language 5 Protocole CANopen Modèle de Device Relation entre le modèle OSI, normes CAN et profils CANopen

6 Division - Name - Date - Language 6 Protocole CANopen Modèle de Device Tout équipement CANopen peut être vu comme un équipement générique Cet équipement générique est raccordé au réseau CAN à l une de ses extrémités, en même temps quil est raccordé à des données dentrée/sorte particulières à lautre de ses extrémités. Lapplication est une connaissance clé du constructeur d équipement Linterface entre lapplication et CAN est réalisée par un Dictionnaire d Objet (object dictionary) Ce "Dictionnaire d Objet" est unique pour nimporte quel équipement CANope, et il détaille l ensemble des accès offerts, tels que ménagés par limplémentation de lapplication, en termes de données, autant qu en terme de configuration.

7 Division - Name - Date - Language 7 Protocole CANopen Modèle de Device Pour offrir effectivement un accès à son Dictionnaire dObjet, chaque équipement CANopen se doit d implémenter une pile de protocoles CANopen Cette pile de protocoles CANopen est un ensemble logiciel, normalement implémenté sur le même contrôleur que celui qui est utilisé par le logiciel de l application La pile de protocoles CANopen est capable d assurer différentes fonctions, pour des finalités différentes

8 Division - Name - Date - Language 8 Protocole CANopen Modèle de Device Process Data Object (PDO) utilisation pour transmettre des données d application ces données d application sont transmises en mode diffusion (broadcast) sans surcharge (overhead) de protocole Service Data Object (SDO) utilisation pour donner accès à l ensemble des paramètres de l équipement on fait appel aux SDOs pour des échanges directs d équipement à équipement Error Control (Contrôle d Erreur) Error Control utilisation pour valider le fait que tout équipement fonctionne correctement, en termes de communication CAnopen Network Management (Gestion Réseau) Network Management utilisation pour le contrôle du réseau, en termes d échanges CANopen; et indirectement en termes de comportement du système

9 Division - Name - Date - Language 9 Protocole CANopen Modèle de Device - Dictionnaire dObjets Le Dictionnaire dObjets détaille lensemble des accès offerts sur le programme dapplication de léquipement, tant en termes de données d application, quen terme de paramètres de configuration Ce Dictionnaire dObjets donne accès à tous les types de données utilisés par léquipement, aux paramètres de communication (pour configurer l équipement en termes de communication), ainsi qu aux données de lapplication et aux paramètres de configuration

10 Division - Name - Date - Language 10 Protocole CANopen Feuille de données électronique L'EDS est un fichier ASCII normalisé contenant des informations sur la fonctionnalité communication d'un équipement de réseau, et le détail de son dictionnaire d'objets (comme défini dans DS-301)dictionnaire d'objets L'EDS définit également les objets particuliers à ce type d équipement, et/ou spécifiques au fabricant (selon DS-401 et DSP-402) A l'aide de l'EDS, vous pouvez normaliser des outils pour : configurer des équipements CANopen définir des réseaux pour équipements CANopen gérer des informations de projet sur différentes plates-formes

11 Division - Name - Date - Language 11 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) PDO : de l'anglais "Process Data Object ", Objet de Données Process Sur les réseaux basés sur technologie CAN, les PDOs sont émis : en tant que messages de diffusion non confirmés ou envoyés d'un appareil producteur à un appareil consommateur L'objet PDO émetteur (TxPDO) provenant de l'appareil Producteur dispose d'un identificateur spécifique correspondant à l'objet PDO récepteur (RxPDO) des équipements consommateur.

12 Division - Name - Date - Language 12 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) - Emission Les PDOs (Process Data Objects) sont mappés sur une trame CAN unique, et utilisent à concurrence des 8 octets du champ de données de cette trame CAN pour émettre les objets application Tout PDO dispose dun identificateur unique, et ne peut être transmis que par un seul et même nœud Un PDO peut à l encontre être réceptionné par plus d un seul nœud (communications producteur/consommateur)

13 Division - Name - Date - Language 13 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) - Emission des PDOs Les envois de PDO peuvent être déclenchés : par un événement interne, par un temporisateur interne, par des requêtes distantes (remote requests) ou encore suite à la réception d un message de synchro (Sync)

14 Division - Name - Date - Language 14 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) - Emission des PDOs Emission de PDO déclenchée par un événement interne ou par un temporisateur interne En émission de PDO déclenchée par un événement interne, c est un événement (spécifié dans le device profile) qui déclenche les émission des messages En émission de PDO déclenchée par un temporisateur interne, c est un temps écoulé qui actionne les nœuds émetteurs périodiques

15 Division - Name - Date - Language 15 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) - Emission des PDOs Emission de PDO déclenchée par une Requête Distante En émission de PDO Remotely requested, càd déclenchée par une Requête Distante, un autre équipement peut initialiser lémission dun PDO asynchrone, en envoyant une requête démission distante (Remote Transmission Request)

16 Division - Name - Date - Language 16 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) - Emission des PDOs Emission de PDO synchrone : pour initialiser léchantillonnage simultané des valeurs des entrées de lensembles des nœuds, il est nécessaire que prenne place lémission périodique dun message Sync L émission synchrone des PDOs intervient selon le cas selon un mode de transmission cyclique ou acyclique : une émission synchrone cyclique de PDOs signifie que le nœud attend larrivée dun message Sync; après quoi il envoie la valeur quil a mesurée. Le numéro identifiant le type d émission de ce PDO (compris entre 1 et 240) indique le taux de Sync en fonction duquel il va se déterminer (i.e. le nombre de messages Sync quil devra voir passer avant que n intervienne une nouvelle émission de ses valeurs) une émission synchrone acyclique de PDOs signifie que cette émission est déclenchée par un événement défini comme spécifique à l application. Le Nœud envoie ses valeurs sur le prochain message Sync; celles-ci ne seront pas émises tant que ne surviendra pas un nouvel événement événement spécifique à l application

17 Division - Name - Date - Language 17 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) - Mapping des PDOs Pour chacun des PDOs, sont décrits dans le dictionnaire dobjet tant le mapping adopté par défaut pour les objets de lapplication, que le mode démission admis pour ces PDOs Les identificateurs des PDOs doivent disposer d un haut niveau de priorité, afin de garantir un temps de réponse court L émission d un PDO ne donne pas lieu à confirmation

18 Division - Name - Date - Language 18 Protocole CANopen Process Data Object (PDO) - Mapping des PDOs Le mapping des PDOs définit quels sont les objets application qui sont émis au sein d un PDO Ce mapping décrit également la séquence et la longueur des objets d application mappés Un équipement qui admet un mapping variable de ses PDOs doit prendre en compte ce mapping durant l état pré-opérationnel Si es supporté un mapping dynamique pendant l état opérationnel, cest le Client SDO qui est alors responsable de la cohérence des données

19 Division - Name - Date - Language 19 Protocole CANopen Service Data Object (SDO) Un SDO (Service Data Object) procède à la lecture ou à la lecture d entités du Dictionnaire d Objets Le Protocole de Transport des SDOs autorise lémission d objets d une taille quelconque Le premier octet du premier segment contient les informations de contrôle de flux qui sont nécessaires, y compris un "toggle bit" destiné à permettre de venir à bout du problème bien connu de doublon des trames CAN réceptionnées Les 3 octets suivants de ce premier segment donnent les valeurs d index et de sous-index des l entrée du Dictionnaire d Objet quil convient de lire ou décrire Les 4 derniers octets de ce premier segment sont disponibles pour des données utilisateur

20 Division - Name - Date - Language 20 Protocole CANopen Service Data Object (SDO) Le deuxième segment, ainsi que les segments suivants (faisant appel exactement au même identificateur CAN) contiennent loctet de contrôle et jusquà 7 octets de données utilisateur Le récepteur va confirmer chacun des segments, ou un bloc de segments, de manière à ce que puisse se mettre en place une communication en peer-to-peer (client/server)

21 Division - Name - Date - Language 21 Protocole CANopen Network Management (NMT) Les objets de Gestion de Réseau (Network Management) comprennent notamment : le message de Boot-up le protocole Heartbeat le message NMT Message de Boot-up et protocole Heartbeat sont implémentés en tant que trames CAN simples, ne comportant qu un seul octet de données

22 Division - Name - Date - Language 22 Protocole CANopen Network Management (NMT) - Message NMT Le message NMT est mappé sur une trame CAN unique, et admet une longueur de 2 octets de données Son identificateur is 0 Le premier octet porte le spécificateur de la commande Le deuxième octet porte le Node-ID de l équipement devant exécuter le commande (dans le cas dune valeur de Node-ID spécifiée 0, tous les nœuds doivent exécuter cette commande) Le message NMT émis par le Maître NMT force lensemble des nœuds à se placer dans un autre état NMT

23 Division - Name - Date - Language 23 Protocole CANopen Network Management (NMT) - Message NMT Après la mise sous tension, chaque équipement CANopen se trouve positionné dans l état Initialisation, et transite automatiquement dans létat Pré-opérationnel Dans cet état Pré-opérationnel, lémission de SDOs est autorisée A partir du moment où le Maître NMT aura placé un, voire plusieurs nœuds dans létat Opérationnel, ceux-ci se voient alors autorisés à émettre et à recevoir des PDOs Dans l état Arrêt, plus aucune communication n est autorisée, à l exception d objets NMT L automate d état CANopen spécifie les états suivants : Initialisation Pré-Opérationnel Opérationnel Arrêt

24 Division - Name - Date - Language 24 Protocole CANopen Network Management (NMT) - Message NMT dans le sous-état de Reset Communication, ce sont les paramètres de la zone de communication du profil qui se voient replacés à la valeur qui est la leur à la mise sous tension cest dans le troisième sous-état qua lieu linitialisation; état dans lequel un nœud entre automatiquement lorsquil fait sa mise sous tension. Les valeurs de paramètres adoptées à la mise sous tension sont les dernières sauvegardées L état Initialisation est sub-divisé en 3 sous-états, de façon à permettre un reset partiel ou complet d un nœud dans le sous-état de Reset Application, ce sont tant les paramètres logés sur la zone du profil spécifique au constructeur, que ceux logés sur la zone du profil correspondant à un équipement standard, qui se voient replacés à la valeur qui est la leur à la mise sous tension

25 Division - Name - Date - Language 25 Protocole CANopen Network Management (NMT) - Message de Boot-up Un équipement envoie un message de Boot-up pour indiquer au Maître NMT qu il a atteint l état Pré-Operationnel Ceci survient à chaque fois que l équipement fait sa première mise sous tension, mais également suite à une mise hors tension survenue en fonctionnement Ce message de Boot-up présente le mêm identificateur que l objet Heartbeat; le contenu de ses données étant cependant à zéro

26 Division - Name - Date - Language 26 Protocole CANopen Special Function Object (SFO) CANopen définit également 3 protocoles spécifiques pour respectivement lémission d une synchronisation, lindication dun état durgence (emergency), et lhorodatage (time-stamp).

27 Division - Name - Date - Language 27 Protocole CANopen Special Function Object (SFO) - Objet de Synchronisation Il peut exister un certain décalage (jitter) avec lémission opérée par le Procteur de Sync, du fait de ce que certains autres objets disposant d une priorité supérieure, ou encore du fait d une trame ayant été émise juste avant l arrivée du message Sync Ce message Sync est mappé sur une unique trame CAN, avec un identificateur de 128 par défaut. Un message Sync ne comporte pas de données L objet Sync est diffusé périodiquement par le Producteur de Sync (Sync Producer) Lintervalle de temps écoulé entre les messages de Sync est défini par la Période du Cycle de Communication (Communication Cycle Period), qui peut subir un reset provenant d un outil de configuration, appliqué aux équipements de lapplication durant le processus de boot-up

28 Division - Name - Date - Language 28 Protocole CANopen Special Function Object (SFO) - Objet Emergency Un message dît dEmergency est déclenché par loccurrence d une situation d erreur interne Il est émis par un producteur dEmergency, sur l équipement concerné de l application Ceci les rend adaptés à des interruptions de type alerte sur erreur (error alerts)

29 Division - Name - Date - Language 29 Protocole CANopen Special Function Object (SFO) - Objet Emergency Zéro ou plusieurs consommateurs dEmergency peuvent recevoir ces messages La réaction dun consommateur dEmergency est particulière à l application CANopen définit plusieurs Codes d Erreur d Emergency destinés à être transmis par ces messages dEmergency, qui sont des trames CAN individuelles, avec 8 octets de données Un message Emergency nest émis quune seule fois par événement derreur Aussi longtemps quaucune nouvelle erreur ne survient sur un équipement, aucun nouveau message derreur ne pourra être émis

30 Division - Name - Date - Language 30 Protocole CANopen Special Function Object (SFO) - Objet Horodate Cette émission d objet se conforme au modèle producteur/consommateur avec push La trame CAN associée s arroge lidentificateur prédéfini de 256, et comporte un champ de données de 6 octets de longueur Par l intermédiaire d un horodatage (Time-Stamp), une référence temporelle commune de trame peut être fournie aux équipemnts de l application Celle-ci comporte une valeur du type Time- of-Day

31 Division - Name - Date - Language 31 Protocole CANopen Contrôle d Erreur : protocole Heartbeat Il indique que le nœud émetteur est encore en train de fonctionner correctement Outre ce protocole Heartbeat existe un service de contrôle d erreur plus ancien, et pour tout dire quasi obsolète, que l on appelle protocole de Node and Life Guarding. Son implantation n est pas conseillée Le protocole Heartbeat intervient à des fins de contrôle d erreur Il signale la présence d un nœud, en même temps que son état Un message Heartbeat est un message périodique d un nœud donné, à l intention d un ou de plusieurs autres nœuds

32 Division - Name - Date - Language 32 Protocole CANopen Bit Timing Les valeurs données dans les tables ci-après constituent un exemple basé sur les hypothèses suivantes :

33 Division - Name - Date - Language 33 Protocole CANopen Bit Timing

34 Division - Name - Date - Language 34 Protocole CANopen Bit Timing Les estimations de longueur de bus qui précèdent sont arrondies (cas le plus défavorable) sur la base d un temps de propagation de 5 ns/m, et avec les valeurs suivantes estimées pour le retard total effectif, en entrée et en sortie dun équipement

35 Division - Name - Date - Language 35 Protocole CANopen Bit Timing Pour des longueurs de bus supérieures à environ 200 m, lutilisation dopto-coupleurs est conseillée Si ces opto-coupleurs sont placés entre le Contrôleur CAN et le transceiver, ceci joue sur la longueur maximale de bus, en fonction du retard de propagation des opto-coupleurs i.e. -4 mètres par 10 ns de délai de propagation, selon le type dopto-coupleur utilisé Pour des longueurs de bus supérieures à 1 km, il sera nécessaire de recourir à des équipements de type pont ou répéteur Les valeurs de "bit timings" donnés dans le tableau qui précède sont calculées pour une fréquence d oscillateur de 16 MHz. Si c est un autre oscillateur qui est utilisé, alors le nombre de "time quanta" peut être différent. Dans tous les cas, la position du point d échantillonnage devra être aussi proche que possible du point d échantillonnage conseillé


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