CANopen协议栈IO模块设计

1   整体思路

一个工业级CANopen-IO 至少需要满足？

1.低成本：ARM-M0 32 bit 低成本

2.性能高：主频80M 集成CAN，同时兼容CAN-FD

3.宽电压：工作电压1.62 ~ 3.6 V

4.满足工业要求：工作温度-40 ~ 125 ℃，覆盖工业级范围

一个工业级CANopen-IO 需要占用的内存资源？

1.内部闪存FLASH：128 k Byte

2.内部SRAM：32 k Byte

2   项目设计过程

2.1 硬件设计

CAN接口硬件设计：

1.采用电源信号双隔离

2.保险+ 电感防雷击设计

3.RJ45 输出，方便级联

Serial接口硬件设计：

1.USB 转串口芯片CH340G

2.仅用于Debug 信息打印

输入、输出测试IO硬件设计：

输出光耦隔离，MOS电流增强

输入双向光耦隔离，支持PNP、NPN模式

2.2 软件设计

CAN接口软件实现

1.CAN初始化

2.CAN的邮箱发送

3.CAN中断接收

IO操作软件实现：

1.IO初始化

2.IO的翻转

CANopen协议栈的的移植：

1.协议栈的移植（stack、ccm）；

2.对象字典的迁移（objdict）；

3.芯片底层的对接（driver）；

CANopen对象字典和CIA401实现：

输入映射rpdo：

输入处理：

3   系统流程图

硬件流程图概述：

1.电源上电后，电源管理芯片控制5 V 电源端的输出，后端无短路后直接输出；

2. 5 V 电源使能后，经过LDO 稳压芯片到3.3 V 输出到MCU 和各个接口芯片；

3.MCU供电正常后，开始复位，取外部晶振倍频后以80M 主频运行；

4.MCU运行后会初始化相关外设，在主循环中进行CAN报文的收发和IO端口的控制；

5.MCU将内部的CAN报文经TTL信号隔离后发送到CAN收发器，交由收发器再发送到总线上；

6. CAN收发器收CAN总线数据，转换为TTL信号，隔离后再发送的MCU 内部的CAN 控制器的FIFO 中；

7. MCU还控制着硬件的输入输出IO状态；

软件流程图概述：

1.系统上电后， Mspm0g3507 会进行系统初始化；

2.系统初始化完毕后，会进行外设的初始化（IO、CAN、Serial、Timer...）；

3.在CAN外设正常初始化后，对CANopen协议栈进行初始化，此时会分配Node-Id，波特率、以及将对应的CANopen节点切为预操作状态；

4.MCU在主循环中会接收CANopen主节点的信息，会进行以下处理：CANopen状态机处理、PDO报文处理、SDO报文处理以及自身心跳报文的发送等；

5.MCU在主循环中遵循CIA401协议，根据主节点发送的对象信息和状态机进行相关的CIA401的处理；

6. MCU根据CIA401对输入和输出IO进行状态的更新和信号的输出；

4   系统实物图

输出端子Y16十六通道，这里只有了8通道

CAN收发电路，RJ45连接

和主控制器连接在一起。

（本文来源于《EEPW》202503）