CANopen 集成指南

概述

本文档描述如何将 CanFestival CANopen 协议栈集成到 STM32F103RC 项目中，包括源代码适配步骤和使用方法。

第一部分：源代码适配步骤

步骤 1：准备 CanFestival 源码

从 CanFestival 官方获取源码，复制到项目的 User/CANopen 目录：

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CANopen/
├── src/              # CanFestival源代码
├── include/          # 头文件（需清理）
├── canopen_stm32.c   # STM32硬件抽象层（已实现）
├── canopen_stm32.h
├── ObjDict.c         # 对象字典（完整版）
└── ObjDict.h

步骤 2：清理不必要的文件

删除以下文件（非 STM32 平台相关）：

  • src/win32
  • src/Makefile.in
  • src/symbols.c
  • src/canfestival.pc.in

步骤 3：清理 include 目录

保留文件夹：

  • stm32/（改名自 AVR 或新建）
  • unix/
  • 其他 C 源文件

删除文件夹：

  • AVR/（已改为 stm32）
  • CM0/, CM3/（MCU 特定文件）

步骤 4：配置 stm32/config.h

编辑 include/stm32/config.h，注释 AVR 相关头文件：

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/* 注释掉AVR头文件 */
#else // GCC
// #include <inttypes.h>
// #include <avr/io.h>
// #include <avr/interrupt.h>
// #include <avr/pgmspace.h>
// #include <avr/sleep.h>
// #include <avr/wdt.h>
#endif // GCC

步骤 5：移除 inline 关键字

编辑 src/dcf.c，删除第 59、98 行前的 inline 关键字：

第二部分：平台适配实现

核心概念

CANopen 库需要三个必须实现的平台相关函数：

函数 作用 实现位置
canSend() 发送 CAN 消息 canopen_stm32.c
getElapsedTime() 获取经过时间（ms） canopen_stm32.c
setTimer() 设置定时器周期 canopen_stm32.c

适配工作

1. 硬件抽象层（canopen_stm32.c/h）

定时器函数：

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// 初始化定时器（在main中调用）
void CANopen_TimerInit(void);

// 获取距上次setTimer()的经过时间（ms）
// CANopen库通过此值修正软件定时器
unsigned long getElapsedTime(void);

// 设置定时器中断周期
// CANopen库动态调用此函数改变中断周期
void setTimer(TIMEVAL value);

CAN 函数：

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// 发送CAN消息（CANopen库的所有发送都调用此函数）
// 将CANopen Message结构转换为HAL CAN_TxHeaderTypeDef格式
UNS8 canSend(Message *m);

// 处理接收的CAN消息
// 在CAN中断中调用，将HAL格式转换为Message后调用canDispatch()
void CANopen_ProcessRxMessage(CAN_RxHeaderTypeDef *header, uint8_t *data);

2. 对象字典（ObjDict.c/h）

节点配置：

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#define NODE_ID 0x01  // 修改此值设置节点ID（1-127）

CO_Data ObjDict_Data;              // CANopen数据结构（库管理）
UNS8 Node_ID = NODE_ID;           // 节点ID变量
static UNS8 iam_slave = 1;        // 从站标志

// 对象字典初始化（在main中调用）
void ObjDict_Init(void);

回调函数：

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// 节点初始化时调用
void _initialisation(CO_Data* d) { ... }

// 进入预运行状态时调用
void _preOperational(CO_Data* d) { ... }

// 进入运行状态时调用
void _operational(CO_Data* d) { ... }

// 进入停止状态时调用
void _stopped(CO_Data* d) { ... }

3. 中断回调函数

在 Core/Src/main.c 中实现：

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// TIM7定时器中断（每1ms触发）
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if (htim->Instance == TIM7) {
    TimeDispatch();  // CANopen内部定时器调度
  }
}

// CAN接收中断（收到CAN消息时触发）
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) {
  CAN_RxHeaderTypeDef canRxHeader;
  uint8_t canRxData[8];

  if (HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &canRxHeader, canRxData) == HAL_OK) {
    CANopen_ProcessRxMessage(&canRxHeader, canRxData);
  }
}

第三部分：使用方法

1. 初始化步骤

在 main() 函数的 USER CODE BEGIN 2 添加初始化代码：

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/* USER CODE BEGIN 2 */

// CAN初始化（由CubeMX自动调用 MX_CAN_Init()）
CAN_FilterTypeDef canFilter = {0};
canFilter.FilterBank = 0;
canFilter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
canFilter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
canFilter.FilterIdHigh = 0x0000;
canFilter.FilterIdLow = 0x0000;
canFilter.FilterMaskIdHigh = 0x0000;
canFilter.FilterMaskIdLow = 0x0000;
canFilter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;
canFilter.FilterActivation = ENABLE;

HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &canFilter);
HAL_CAN_Start(&hcan);
HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);

// TIM7初始化（由CubeMX自动调用 MX_TIM7_Init()）
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim7);

// CANopen初始化
ObjDict_Init();                           // 初始化对象字典
CANopen_TimerInit();                      // 初始化定时器
setNodeId(&ObjDict_Data, NODE_ID);       // 设置节点ID
setState(&ObjDict_Data, Pre_operational); // 进入预运行状态

printf("CANopen initialized, Node ID: %d\r\n", NODE_ID);

/* USER CODE END 2 */

2. 基本操作

状态转换：

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// 切换到运行状态（支持PDO通信）
setState(&ObjDict_Data, Operational);

// 获取当前状态
e_nodeState currentState = getState(&ObjDict_Data);

// 切换到停止状态
setState(&ObjDict_Data, Stopped);

// 切换到预运行状态
setState(&ObjDict_Data, Pre_operational);

节点 ID 设置：

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// 修改节点ID（需要在Pre_operational状态执行）
setNodeId(&ObjDict_Data, 0x02);

3. PDO 通信（需完整对象字典）

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// 发送PDO事件
sendPDOevent(&ObjDict_Data);

// 启用/禁用PDO
PDOEnable(&ObjDict_Data, pdoNum);

4. SDO 通信（需完整对象字典）

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// 同步SDO读取（从站）
// SDO由主站发起，从站自动响应

5. NMT 主站操作（需主站配置）

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// 启动从站
masterSendNMTstateChange(&ObjDict_Data, slaveNodeId, NMT_Start_Node);

// 停止从站
masterSendNMTstateChange(&ObjDict_Data, slaveNodeId, NMT_Stop_Node);

// 重启从站
masterSendNMTstateChange(&ObjDict_Data, slaveNodeId, NMT_Reset_Node);

// 请求节点状态
masterRequestNodeState(&ObjDict_Data, slaveNodeId);

第四部分：配置参数

硬件配置（CubeMX）

CAN 配置：

  • 波特率: 500 kbps
  • 时间段 1: 8 TQ
  • 时间段 2: 3 TQ
  • 分频系数: 6
  • 接收中断: CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING

TIM7 配置：

  • 分频系数: 71（使得 1MHz 时钟）
  • 重装载值: 999（产生 1ms 中断）
  • 中断: 启用

软件配置（config.h）

参数 值 说明
NMT_MAX_NODE_ID 8 节点数量（节省内存）
SDO_MAX_LENGTH_TRANSFER 32 SDO 最大传输长度
MAX_NB_TIMER 8 软件定时器数量
EMCY_MAX_ERRORS 8 紧急错误队列大小

对象字典配置（ObjDict.h）

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#define NODE_ID 0x01  // 节点ID（1-127）

第五部分：故障排除

程序崩溃（HardFault）

原因： 全局对象字典结构过大，超过可用 RAM

解决： 在 config.h 中减小以下参数：

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#define NMT_MAX_NODE_ID 8           // 默认128，改为8
#define SDO_MAX_LENGTH_TRANSFER 32  // 默认256，改为32
#define MAX_NB_TIMER 8              // 默认16，改为8

CAN 消息收不到

检查列表：

  • CAN 过滤器是否正确配置
  • CAN 接收中断是否启用
  • HAL_CAN_ActivateNotification() 是否调用
  • 回调函数是否实现
  • CANopen 消息格式是否正确

状态切换失败

可能原因：

  • 对象字典未初始化 → 调用 ObjDict_Init()
  • 节点 ID 超出范围(1-127) → 检查 NODE_ID
  • 状态转换非法 → 检查 CANopen 状态机规则

第六部分：下一步工作

1. 生成完整对象字典

当前 ObjDict.c/h 是最小化实现，实际应用需要：

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# 使用objdictgen工具
objdictgen --export-c application.eds ObjDict.c ObjDict.h

生成的文件包含：

  • PDO 映射表
  • SDO 配置
  • 专用对象（0x1000-0x9FFF）

2. 实现应用回调

在 ObjDict.c 中实现具体应用逻辑：

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void _operational(CO_Data* d) {
    // 例：启动传感器采集
    // 配置PDO以定期传输数据
    sendPDOevent(d);
}

3. 配置 PDO 映射

在对象字典中定义：

  • RPDO：接收处理数据对象
  • TPDO：传输处理数据对象
  • 映射应用变量到 PDO

4. 测试与调试

使用 CANopen 工具：

  • CANopen Magic： 可视化网络调试
  • CANalyzer： CAN 总线分析
  • Node Configuration Tool： 节点参数配置

参考资源

项目文件结构

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User/CANopen/
├── src/                          # CanFestival源代码
│   ├── dcf.c
│   ├── emcy.c
│   ├── lifeguard.c
│   ├── lss.c
│   ├── nmt.c
│   ├── objacces.c
│   ├── pdo.c
│   ├── sdo.c
│   ├── states.c
│   ├── sync.c
│   └── timer.c
├── include/
│   ├── stm32/
│   │   ├── config.h             # STM32特定配置
│   │   └── sysdep.h
│   ├── can.h
│   ├── data.h
│   ├── def.h
│   ├── dcf.h
│   ├── emcy.h
│   ├── lifeguard.h
│   ├── lss.h
│   ├── nmt.h
│   ├── objacces.h
│   ├── objdictdef.h
│   ├── pdo.h
│   ├── sdo.h
│   ├── states.h
│   ├── sync.h
│   ├── timer.h
│   ├── canfestival.h
│   └── ...
├── canopen_stm32.c              # STM32硬件抽象层（已实现）
├── canopen_stm32.h
├── ObjDict.c                    # 对象字典实现
├── ObjDict.h
└── can.md                       # 本文档
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