CANopen協議棧IO模塊設計

1   整體思路

一個工業級CANopen-IO 至少需要滿足？

1.低成本：ARM-M0 32 bit 低成本

2.性能高：主頻80M 集成CAN，同時兼容CAN-FD

3.寬電壓：工作電壓1.62 ~ 3.6 V

4.滿足工業要求：工作溫度-40 ~ 125 ℃，覆蓋工業級范圍

一個工業級CANopen-IO 需要占用的內存資源？

1.內部閃存FLASH：128 k Byte

2.內部SRAM：32 k Byte

2   項目設計過程

2.1 硬件設計

CAN接口硬件設計：

1.采用電源信號雙隔離

2.保險+ 電感防雷擊設計

3.RJ45 輸出，方便級聯

Serial接口硬件設計：

1.USB 轉串口芯片CH340G

2.僅用于Debug 信息打印

輸入、輸出測試IO硬件設計：

輸出光耦隔離，MOS電流增強

輸入雙向光耦隔離，支持PNP、NPN模式

2.2 軟件設計

CAN接口軟件實現

1.CAN初始化

2.CAN的郵箱發送

3.CAN中斷接收

IO操作軟件實現：

1.IO初始化

2.IO的翻轉

CANopen協議棧的的移植：

1.協議棧的移植（stack、ccm）；

2.對象字典的遷移（objdict）；

3.芯片底層的對接（driver）；

CANopen對象字典和CIA401實現：

輸入映射rpdo：

輸入處理：

3   系統流程圖

硬件流程圖概述：

1.電源上電后，電源管理芯片控制5 V 電源端的輸出，后端無短路后直接輸出；

2. 5 V 電源使能后，經過LDO 穩壓芯片到3.3 V 輸出到MCU 和各個接口芯片；

3.MCU供電正常后，開始復位，取外部晶振倍頻后以80M 主頻運行；

4.MCU運行后會初始化相關外設，在主循環中進行CAN報文的收發和IO端口的控制；

5.MCU將內部的CAN報文經TTL信號隔離后發送到CAN收發器，交由收發器再發送到總線上；

6. CAN收發器收CAN總線數據，轉換為TTL信號，隔離后再發送的MCU 內部的CAN 控制器的FIFO 中；

7. MCU還控制著硬件的輸入輸出IO狀態；

軟件流程圖概述：

1.系統上電后， Mspm0g3507 會進行系統初始化；

2.系統初始化完畢后，會進行外設的初始化（IO、CAN、Serial、Timer...）；

3.在CAN外設正常初始化后，對CANopen協議棧進行初始化，此時會分配Node-Id，波特率、以及將對應的CANopen節點切為預操作狀態；

4.MCU在主循環中會接收CANopen主節點的信息，會進行以下處理：CANopen狀態機處理、PDO報文處理、SDO報文處理以及自身心跳報文的發送等；

5.MCU在主循環中遵循CIA401協議，根據主節點發送的對象信息和狀態機進行相關的CIA401的處理；

6. MCU根據CIA401對輸入和輸出IO進行狀態的更新和信號的輸出；

4   系統實物圖

輸出端子Y16十六通道，這里只有了8通道

CAN收發電路，RJ45連接

和主控制器連接在一起。

（本文來源于《EEPW》202503）