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CANopen

CANopenネットワークのためのソリューション

CANopenの概要

CANopenは、CAN(Controller Area Network)システムをベースとし、ネットワークモデルの第7層(Applicationレイヤー)に通信とデバイスプロファイルを定義したものです。
CANopen仕様は標準化され、フレキシビリティーとコンフィグレーション可能な組込ネットワークアーキテクチャーとして、鉄道分野、医療機器、産業機械、農業機械、トラック/バス、船舶/航空、FAなどの様々な分野で採用されています。また、従来のRS-232/485など独自規格で設計された組込ネットワークから置き換えられるケースも多くあります。仕様書は通信関連と各種デバイスの機能別にプロファイルが標準化されています。
現在、これらの仕様は、国際的なユーザ ーとベンダーのグループであるCiA (CAN in Automation) がまとめており、ライセンスフリーなオープンネットワークとして採用することが可能です。

特長

  • 標準化されたオープンネットワーク
  • プロトコルのオーバーヘッドがなく、リアルタイム通信を実現
  • ノード構成が自由で、高いスケーラビリティー
  • 高い互換性
  • “Interbus”、“Profibus”に似たプロファイルコンセプトを採用
  • 世界中の多くの企業が採用

基本情報

CANopen標準規格

この標準規格の骨子は、EUに資金供給されたプロジェクトの一環として開発されました。1995年に、その時点までに作成された規格書がCiA e.V. (CAN in Automation) という組織に引き渡されました。それ以来、このCANユーザー組織の後援により、その標準規格の保守開発が行われています。2002以降は、ヨーロッパ標 準規格 (EN 50325-4 2002 Part 4: CANopen) として使用されています。

 

CANopen標準規格には、CANベースのネットワークにおけるデータの送受信プロトコルが定義されています。この標準規格には、基本的な通信メカニズ ム(通信プロファイル)と、通信デバイスの機能(デバイス プロファイル)が定義されています。つまり、バスを使用して送信されるプロセス データの解釈も、CANopen規格で定義されています。

 

画像:CANopenデバイスモデル
CANopenデバイスモデル
Object Directory
通信の原則
ネットワーク構造

Object Directory

各CANopenデバイスは、定義されたインターフェイスによって内部データ(プロセス データ、パラメーター)をバスで使用できるようにします。これらの内部データは、Object Dictionaryで整理されています。Object Dictionaryのエントリには、16ビット インデックスと予備の8ビット サブインデックスで行います。インデックスの範囲は、ユーザーに分かりやすい構造を構成するために、論理セグメントに分割されます。たとえば、デバイス名 は、インデックス0x1008から読み出されます(サブインデックス0)。

 

インデックス (hex)

オブジェクト

0000

未使用

0001-025F

データ タイプ

0260-0FFF

リザーブド

1000-1FFF

通信プロファイル領域

2000-5FFF

メーカー固有のプロファイル領域

6000-9FFF

標準化されたデバイスプロファイル領域

A000-AFFF

標準化されたインターフェイスプロファイル領域

C000-CFFF

リザーブド

 

さらに表示

通信の原則

CANopenを使用するバス通信には、基本的に2種類の通信があります。SDO(Service Data Object)を使用すると、オブジェクト ディクショナリの必要なエントリに任意でアクセスすることができます。これらのエントリは、CANメッセージの最大許容サイズ(8バイト)を超えることが多いので、SDOによってデータがセグメント化されます。SDOは、2つのパートナ間の通信にのみ使用されます。1つのデバイスから同じ情 報をいくつかの別のデバイスに送信する場合は、PDO(Process Data Object)を使用します。原則として、PDOは任意にコンフィギュレーション可能なCANメッセージです。この設定は、オブジェクト ディクショナリのエントリで行います。

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ネットワーク構造

CANopenネットワークでは、最高127個の論理デバイスを制御することができます。そのデバイスのうちいずれか1つは、CANopen NMT Masterの機能を果たす必要があり、そのNMT Masterは、NMT Slaveと呼ばれる他のデバイスを監視し、その状態を変更することができます。各デバイスは、1から127までのノード アドレスによって一意に識別されます。
 

 

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仕様

規格書

CANopenの規格書は、CiA. e.V. のWebサイトから入手することができます。非常に重要な規格書を以下に挙げます。

  • DS 301 - この規格書は、通信プロファイルとして知られており、CANopenで使用される基本的なサービスとプロトコルが定義されています。
  • DS 302 - CANopen Manager, SDO Managerおよびプログラム可能なCANopenデバイスのためのフレームワーク

 

DR 303-3には、ケーブルとコネクタに関する情報が定義されています。


既に数多くのデバイス クラスの動作や制御が、デバイス プロファイルと呼ばれる規格書(DS 4xx)で定義されています。デバイス プロファイルには以下の様な内容が定義されています。

  • 実行時の動作
  • オブジェクト ディクショナリのデバイス固有のオブジェクト
  • エラー処理
  • PDOの標準コンフィギュレーション

    CANopen開発プロセス

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    ここでは、各種ツールが開発プロセス全体を通じてユーザーをいかに包括的にサポートするのかを説明します。
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    CANopenデバイスは、CANopenシステムの全体的な機能の定義に基づいて選択されます。この選択プロセスでは、それが市販デバイスであっても、内部開発デバイスであってもかまいません。デバイスがまだ開発されていない場合は、デバイスの実装の前に、適切なツールを使用してEDS/XDDファイルを作成する必要があります。この手法のメリットは、開発プロセスの以後の工程で発揮されます。
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    この例では、システム全体は3つのCANopenデバイスで構成され、それらの機能はデバイスに関連付けられているEDS/XDDファイルに記述されています。
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    これらのEDS/XDDファイルは適切なコンフィギュレーションツールに読み込まれ、このツール上でそれぞれのデバイスパラメーターをシステム要件に合わせて設定します。この作業ステップにはPDOのコンフィギュレーション(CANメッセージID、マッピングパラメータの定義)、CANopen Managerの定義、Heartbeat producerの調整等のタスクが含まれます。
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    コンフィギュレーションツールは、設定が完了したデバイスパラメーターを標準ファイル形式(DCF/XDCファイル)でコンフィギュレーションファイルに格納します。これらはEDS/XDDファイルのコピーに、設定済みのデバイスパラメーターも併せて保存したものです。
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    すべてのコンフィギュレーションファイルをまとたものがシステム全体の記述になります。開発者はこのデータを基に、適切なツールを使用して、まずはシミュレーション環境で要件を満たしているか確認します。ここでは、システム全体を対象としています。
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    それぞれのDCF/XDCファイルについて、物理デバイスの挙動を反映した適切なシミュレーションモデルが生成されます。シミュレーションノードの挙動はこのDCF/XDCファイルから作成されます。このファイルにはコンフィギュレーションツールで設定したデバイスパラメーターが含まれており、Object Dictionaryと併せて使用されます。
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    このコンフィギュレーションデータを基にして、初期テストを作成することもできます。CANopenのコンフォーマンスをチェックするデバイス固有のテストのほか、アプリケーション固有のテストも作成される場合があります。デバイス固有のテストは、DCF/XDCファイルに基づいて生成できます。
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    CANopen用ツール

    ベクターのソフトウェア ツールは、CANopenのシステムとコンポーネントのシミュレーション、開発、解析、テスト、診断を行うための幅広い機能を備えています。

     

    ツール

    CANoe .CANopen

    CANopenネットワークの開発およびテスト

    • CANopenシステムのシミュレーション環境の作成(実バス以外の残りのバスのシミュレーション)
    • シミュレーション環境の実行
    • 自動テストを生成

    CANalyzer .CANopen

    CANopenネットワークの解析

    • CANopenネットワークのデータ トラフィックの解析とログの取得
    • メッセージ シーケンスによる応答試験
    • 記録されたメッセージ シーケンスの再生(リプレイ)
    • CANopenデバイスの設定

    ProCANopen

    CANopenネットワークのプロジェクトプランニングと設定

    • 直感的なGUI操作を用いた、ネットワーク上のCANopenデバイスの包括的な設定
    • CANopenネットワーク全体のプロジェクトプランニング

    CANeds

    CANopenデバイスのためのEDSジェネレーター

    • EDSファイル(Electronic Data Sheet)の作成とチェック

    CANopen用ハードウェアインターフェイス

    開発、シミュレーション、テスト、分散システムの保守に使用されるソフトウェアツールには、高性能でフレキシブルなハードウェアインターフェイスとロギングソリューションが必要です。

    ベ クターは、CAN、LIN、J1708、Ethernet/IP、FlexRay、MOST用のインターフェイスだけでなく、ベクターのソフトウェアツール やお客様固有のソリューションで使用するドライバーソフトウェアおよびプログラミングインターフェイスを提供しています。

    バスシステム

    インターフェイス

    PC接続

    CAN, CAN FD, LIN and J1708:

    VN8900
    VN1600
    VN8810
    CANboardXL*
    CANboardXL PCIe*
    CANboardXL pxi*

    USB (RT PC)
    USB
    USB (OBD)
    PCI
    PCIe
    PXI

    Ethernet and CAN / CAN FD:

    VN5620/VN5430
    VN5650/VN5240

    USB

    FlexRay and CAN / CAN FD:

    VN8900
    VN7572
    VN7600*, VN7610
    VN7640

    USB (RT PC)
    PCIe
    USB
    USB

    CAN、 LIN、J1708、FlexRay用バストランシーバー

     

    * CAN FD未対応

    関連情報

    アプリケーションノート
    KnowledgeBase(英語版)
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    ベクターのナレッジベースでは、グローバルのお客様FAQを掲載しています。

     

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