[Python知识库] 学习CANopen --- [5] SDO

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[Python知识库]学习CANopen --- [5] SDO

前言

SDO是Service Data Object的缩写，中文叫服务数据对象，关键是这个服务二字，指的是读写服务，Client可以通过SDO读写Server里的对象字典（Object Dictionary，简称OD）

OD存在于Server中，用户在和Server通信之前，也会有一份相同的OD表，不然没法继续操作。如果用户想读写OD里的值，那么就可以使用SDO。

PS：要记住：用户是Client，CANOpen设备是Server；如果2个CANOpen设备间互相通信，那么发起通信的那个就是Client，这里统一使用Client指代

一工作原理

SDO的收发有点像TCP，读写请求发送出去后必须要有一个来自Server的应答，如下图
在这里插入图片描述
如果是读，那么应答里会包含读取的数据，如果是写，那么应答里会包含写成功的标志。如果读写发生错误，Server这边会返回一个紧急报文，里面包含错误码。

Client一般都会设置个SDO超时时间，如果在规定时间内没有收到应答，Client这边就会报错。

PS：CANOpen文档里读叫upload，写叫download，感觉是从Server角度来看的

二使用范围

只有当Server处于Pre-Operational和Operational状态下，Client才可以使用SDO去和Server通信，如下图，
在这里插入图片描述
一般来说CANOen设备启动后会自动进入Pre-Operational状态，所以可以直接使用SDO，如果设备特殊，那么就要看下该设备的详细资料。

关于状态切换，请查看讲NMT的那篇文章。

三例子

下面讲例子，实战可以让理解更加深入，首先使用pythonCANOpen来创建2个文件：server.py和client.py，如下，

'''
server.py
'''
import signal
import canopen
import time


running = True

def sigint_handler(signum, frame):
    global running
    print('')
    running = False
    exit(0)

# 处理按键发送的信号，优雅的关闭程序
signal.signal(signal.SIGINT,  sigint_handler)
signal.signal(signal.SIGHUP,  sigint_handler)
signal.signal(signal.SIGTERM, sigint_handler)

# 创建一个网络用来表示CAN总线
network = canopen.Network()

# 连接到CAN总线
network.connect(bustype='socketcan', channel='vcan0')

# 创建slave节点，其id是6，对象字典为CANopenSocket.eds
node = network.create_node(6, 'CANopenSocket.eds')

# node向CAN总线上发送启动消息
node.nmt.send_command(0)

# node进入PRE-OPERATIONAL状态
node.nmt.state = 'PRE-OPERATIONAL'

# node发送心跳报文，每隔1s发送一次
node.nmt.start_heartbeat(1000) # 1000ms


# 循环, 持续睡眠
while running:
    time.sleep(0.6)

client.py如下，

'''
client.py
'''
import time
import canopen

# 创建一个网络用来表示CAN总线
network = canopen.Network()

# 添加slave节点，其id是6，对象字典为CANopenSocket.eds
node = canopen.RemoteNode(6, 'CANopenSocket.eds')
network.add_node(node)


# 连接到CAN总线
network.connect(bustype='socketcan', channel='vcan0')

# 读取Index为0x2341，Subindex是2的OD项
data = node.sdo[0x2341][2].raw
print('0x2341_02: 0x{:X}'.format(data))

time.sleep(2)

# 修改Index为0x2341，Subindex是2的OD项
node.sdo[0x2341][2].raw = 0x123

time.sleep(2)

# 再读一次验证一下
data = node.sdo[0x2341][2].raw
print('0x2341_02: 0x{:X}'.format(data))

PS：eds文件来自这个

然后创建vcan0，

$ sudo modprobe vcan
$ sudo ip link add dev vcan0 type vcan
$ sudo ip link set up vcan0

创建好之后开一个终端，然后使用candump进行观察，

candump vcan0

最后是运行，先运行server.py，

python3 server.py

接着运行client.py，

python3 client.py

client运行结束后，观察得到的CAN报文如下，有三组，注意数字都是16进制，
在这里插入图片描述

1. COB-ID分析

先看606和586，这2个是SDO报文的COB-ID，

对于发送的SDO报文来说，其COB-ID是0x600+设备id，例子中Server的id是6，所以是0x606，由Client发出，表示发给id是6的设备
对于返回的应答报文来说，其COB-ID是0x580+设备id，例子中Server的id是6，所以是0x586，由Server发出，表示该报文是由id为6的设备返回的

PS：0x600号0x580是专属于SDO的，且是固定的

2. 报文内容分析 — 读操作

在这里插入图片描述

报文内容的基本结构如下，发送和接收的报文结构一样，
在这里插入图片描述
总共8个字节，

字节0是命令说明符，用来描述报文意义，简写为CS，占1个字节
字节1-2是Server对象字典项的Index，占2个字节
字节3是Server对象字典项的Subindex，占1个字节
字节4-7是报文内容，占4个字节

命令提示符

例子中第一个SDO报文是读取字典项0x2341_02，读操作对应的CS字节如下，注意这是一个字节，
在这里插入图片描述
Client发送报文的CS值是0x40，只要是读，其CS都是0x40

Server返回报文的CS值则需要考虑被读字典项的数据类型，n, e, s的含义如下，
在这里插入图片描述
PS：n是number的首字母，e是expedited的首字母，s是size的首字母

例子中返回的CS是0x4B，转为二进制后得出：n值为10b，十进制数字为2，e=1b，s=1b，根据上述含义可以得出：

字节8-n到字节7，即字节6-7不包含数据，那么有效数据在字节4-5，总共2个字节
e为1b表示这是expedited传输，意思是数据可以一次传输完成，可以想象只要数据字节数不大于4，那么都可以一次传输完成
s为1b，但是在expedited传输里s是没有意义的，只有在e=0时s才有意义

然后打开eds文件，找到0x2341_02对应的描述，如下，
在这里插入图片描述
其DataType是0x0006，根据官方文档，其对应的数据长度就是2个字节，和前面分析相符，

索引和子索引

字节1的值为0x41，字节2的值是0x23，从右往左读就是0x2341，即字典项的索引

字节3的值是0x02，也就是字典项的子索引

发送报文和返回报文在字节1~3写入的都是相同的索引和子索引

报文中的数据值

发送报文的最后四个字节都是0，因为是读，这4个字节都是无意义的，虽然无意义，但是还是要传输，所以就写0

返回报文里字节5的值为0x7F，字节4的值为0xFF，合起来就是0x7FFF，与EDS文件里看到的这个字典项对应的默认值相同

3. 报文内容分析 — 写操作

在这里插入图片描述

写操作的内容结构和读一样，
在这里插入图片描述

命令提示符

写操作的CS值如下，
在这里插入图片描述
可以看到发送报文的CS值和字典项的数据类型有关，n,e,s的含义和读操作相同，所以这里是2B

返回报文的CS值则是固定的0x60，表示写入OK

索引和子索引

与读操作相同，就是把0x2341_02写入到字节1~3里

报文中的数据值

由于是写，所以在发送报文的字节4~5里填入期望的目标值，这里是0x123，字节4是0x23，字节5是0x01，字节6和7则为0

在返回报文里字节4~7都是无意义的，虽然无意义，但是还是要传输，所以都写0

3. Segment传输

前面的读写操作都是expedited传输，即一个来回就能传输完成，要求数据长度<=4字节，但有的字典项长度是大于4字节的，这样一次就无法传输完成，此时就需要Segment传输，也叫段传输

在eds文件里，字典项0x1009的默认值超过了4，其数据类型是0x0009，即Visible String，
在这里插入图片描述
这里改下，把其DefaultValue改长一点，如下，总共32个字节，不包含尾巴的’\0’，

然后重启server.py，client.py内容改为如下，

'''
client.py
'''
import time
import canopen

# 创建一个网络用来表示CAN总线
network = canopen.Network()

# 添加slave节点，其id是6，对象字典为CANopenSocket.eds
node = canopen.RemoteNode(6, 'CANopenSocket.eds')
network.add_node(node)


# 连接到CAN总线
network.connect(bustype='socketcan', channel='vcan0')

# 读取Index为0x1009的OD项
data = node.sdo[0x1009].raw
print('0x1009: {}'.format(data))

运行client.py后观察到的报文如下，2道橘黄色的横线之间是一次收发，
在这里插入图片描述
可以看到总共出现了6次收发，需要逐个分析

读的发起

第一次收发是读的发起，其CS含义如下，
在这里插入图片描述
和之前分析expedited读是一样，只是返回报文里的n,e,s的值变了：n为00b，e为0b，s为1b，根据前面n,e,s的释义，可以得出以下结论：

n的值在此次报文里无效，因为e不为1
e为0表示这不是expedited传输，需要多次传输才能把数据传完
s为1表示返回报文里字节4~7的值是字典项的size，这里是0x20，即32，和前面修改后的长度一致；也可以理解为需要传输的字节数

读的数据传输

剩余的5次收发就是读的数据传输，其CS值定义如下，
在这里插入图片描述
t,n,c含义如下，

Client发送报文的CS值比较简单，只有个toggle bit在变化，所以其CS值在0x60和0x70间互相变化，第一次是0x60

Server返回的报文里，除了t，还有n和c，字面意义也比较好理解，要注意这里的n是3个bit，expedited传输里n是2个bit。

只要不是最后一次收发，那么n和c都为0，CS值在0x00和0x10间互相变化，第一次是0x00；每次能传输7个字节，4次收发传了28个字节；

第6次收发是最后一次，此时还剩32-28=4个字节，那么n就为3，即011b，c为1，即1b，组合在一起是0111b，另外此次的t是0b，那么最后一次返回的报文的CS就是0x07

写的发起和数据传输

写也是类似，分为写的发起和写的数据传输，分别对应下面2张图
在这里插入图片描述

由于这个eds文件里超过4字节的字典项都是const的，不可以修改，那么就需要改个其它项来做测试，这里修改0x2FF4_4，其原始内容如下，

改之后如下，只是改了DataType，

然后重启server.py，client.py内容改成如下，

'''
client.py
'''
import time
import canopen

# 创建一个网络用来表示CAN总线
network = canopen.Network()

# 添加slave节点，其id是6，对象字典为CANopenSocket.eds
node = canopen.RemoteNode(6, 'CANopenSocket.eds')
network.add_node(node)


# 连接到CAN总线
network.connect(bustype='socketcan', channel='vcan0')

# 修改0x2FF4_04的OD项
node.sdo[0x2FF4][4].raw = "AABBCCDDEEFFGGHH"