CANopen – Le réseau embarqué standardisé

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CANopen est un système de communication basé sur le protocole CAN. CANopen comprend des protocoles de couche supérieure et des spécifications de profil. Le réseau CANopen a été développé comme un réseau embarqué standardisé avec des capacités de configuration très flexibles. Il a été conçu à l'origine pour les systèmes de commande de machines orientés mouvement, tels que les systèmes de manutention. Aujourd'hui, il est utilisé dans divers domaines d'application, tels que les équipements médicaux, les véhicules tout-terrain, l'électronique maritime, les applications ferroviaires ou l'automatisation des bâtiments.

CANopen décharge le développeur de la gestion des détails spécifiques au matériel CAN, tels que la synchronisation des bits et le filtrage d'acceptation. Il fournit des objets de communication standardisés (COB) pour les processus à temps critique, la configuration ainsi que les données de gestion de réseau.

Les profils d'appareil et d'application CANopen standardisés simplifient la tâche d'intégration d'un système CANopen. Les appareils, outils et piles de protocoles prêts à l'emploi sont largement disponibles à des prix raisonnables. Pour les concepteurs de systèmes, il est très important de réutiliser les logiciels d'application. Cela nécessite non seulement la compatibilité des communications, mais également l'interopérabilité et l'interchangeabilité des appareils. Les profils d'appareils, d'interfaces et d'applications CANopen permettent aux fabricants d'appareils de doter leurs produits d'interfaces standardisées pour obtenir des appareils CANopen avec une capacité "plug and play" dans les réseaux CANopen. Néanmoins, CANopen permet d'implémenter des fonctionnalités spécifiques au constructeur.

CANopen fournit plusieurs objets de communication, qui permettent aux concepteurs d'appareils d'implémenter le comportement réseau souhaité dans un appareil. Avec ces objets de communication, les concepteurs d'appareils peuvent proposer des appareils capables de communiquer des données de processus, d'indiquer des conditions d'erreur internes à l'appareil ou d'influencer et de contrôler le comportement du réseau. Dans leurs produits, les concepteurs d'appareils peuvent également prendre en charge des fonctions CANopen qui permettent aux appareils de participer à des cohérences de communication point à point dans le réseau. Comme CANopen définit la structure interne de l'appareil, le concepteur du système sait exactement comment accéder à un appareil CANopen et comment ajuster le comportement prévu de l'appareil.

CANopen est basé sur une couche de liaison de données selon ISO 11898-1. La synchronisation des bits CANopen est spécifiée dans CiA 301 et permet l'ajustement des débits de données de 10 kbit/s à 1000 kbit/s. Bien que tous les schémas d'adressage CAN-ID spécifiés soient basés sur le CAN-ID 11 bits, CANopen prend également en charge le CAN-ID 29 bits. CANopen suppose une couche physique selon ISO 11898-2. Néanmoins, CANopen n'exclut pas d'autres options de couche physique.

Un équipement CANopen se compose de trois parties logiques. La pile de protocoles CANopen gère la communication via le réseau CAN. Le logiciel d'application fournit la fonctionnalité de contrôle interne ainsi que l'interface avec les interfaces matérielles du processus. Le dictionnaire d'objets CANopen interface le protocole ainsi que le logiciel d'application. Il contient des références (indices) pour tous les types de données utilisés et stocke tous les paramètres de communication et d'application.

Le dictionnaire d'objets CANopen est le plus important pour la configuration et le diagnostic des appareils CANopen. Comme référence interne à l'appareil, un index de 16 bits qui est donné sous forme de valeur hexadécimale à 4 chiffres est utilisé. La plage d'index de 1000h à 1FFFh fournit des références à tous les paramètres qui déterminent le comportement de communication CANopen de l'équipement CANopen. La plage d'indices 2000h à 9FFFh fournit les références à tous les paramètres liés à l'application. CANopen fait la distinction entre les paramètres propriétaires (plage d'index 2000h à 5FFFh) et les paramètres normalisés (plage d'index 6000h à 9FFFh).

Une pile de protocoles CANopen implémente plusieurs COB CANopen qui communiquent avec l'un des débits binaires CANopen. Les objets de communication CANopen permettent aux concepteurs de systèmes de transférer des informations de contrôle, de réagir à certaines conditions d'erreur ou d'influencer et de contrôler le comportement du réseau. La capacité des appareils CANopen peut être évaluée en vérifiant l'existence des entrées du dictionnaire d'objets CANopen associées qui décrivent le comportement de communication.

Les protocoles CANopen comprennent :