CANOpen

CAN

CANを元に，医療，産業分野のネットワーク制御に使用されている．
CanOpenにおいて、ネットワーク上において少なくとも1つのデバイスはHeartbeat producer(s)として存在する必要があり、ほかのすべてのデバイスはHeartbeat consumersとなる必要がある。
EPOS4: Motor stop at communication lost?
CAN通信はOSI参照モデルの1,2層を定義，CANOpenは7層を定義，3,4,5,6層はなし．これはEtherCATも同様であり，CoEは1,2層をEtherCATにで実装したものとなる．

インデックス	割当
0x0000~0x0FFF	データ型式領域
0x1000~0x1FFF	CoE通信領域 3つの例外を除き，CANベース以外の通信では自由に使える?0x1000,0x1001,0x1018はCiAによって指定される．0x1018はデバイスのベンダID
0x2000~0x5FFF	メーカ固有領域
0x6000~0x9FFF	CANopenプロファイルに使用
0xA000~0xAFFF	ネットワーク変数
0xB000~0xBFFF	CiA302-7で指定されるシステム用変数
0xC000~0xFFFF	CiA用に予約

CANOpenは主に3つの通信の振る舞いで動作する．1つの動作を続けるということはなく，場合によって3つの状態をそれぞれ遷移していく．

この関係で通信するのはNMTのみ，ネットワーク上の1台のノードがマスタ，それ以外がスレーブとなる．
通信の起動はマスタからのみ行うことができ，スレーブはそれに応じて応答するのみ．スレーブが自ら通信を開始したり，スレーブ同士で通信することはできない．

1対1で通信をする時，送信開始側がクライアントとなる．この関係で通信するオブジェクトはSDOのみ．
サーバがデータを受け取る場合，クライアントがデータを受け取る場合がある．
マスタ/スレーブにおいても，クライアント/サーバの関係は成立する
例；マスタが1つのノードにリモートフレームなど何かしらの要求を行い，スレーブがこれに応答する時，マスタはクライアント，スレーブはサーバとして振る舞っている．

あるノードが，ネットワーク上の不特定のノードにオブジェクトを送信する場合この関係となる．
プロデューサがオブジェクトを送信し，コンシューマは必要なデータのみを受信する．
コンシューマからリモートフレームが送信され，それに応じてプロデューサがオブジェクトを送信することもある．
PDO,SYNC,TIME,NMTの一部はこの関係で送受信を行う．

CANOpenは基本的に標準フォーマットデータフレームを用いて通信する．
標準フォーマットのデータフレームとリモートフレームには,11bitのIDが割り当てられている．CANOpenではこのIDの中身が2つに分割される．上位4bitはfunction codeと呼ばれ，下位7bitにはNodeIDが割り当てられている．ここからもわかるように，CanOpenでは最大で127台のノードを接続できる．

function code(4bit)でCANOpenのプロトコルを，NodeID(7bit)で送信するノードのIDを指定する．
function codeによって，最大8byteのデータをどのように扱うか決定する．

CanOpenプロトコル	function code(4bit, hex)	Node IDs(7bit, hex)	COB-ID(hex)
NMT	`0x00`	`0x00`	`0x0`
SYNC	`0x01`	`0x00`	`0x80`
EMCY	`0x01`	`0x01`~`0x7F`	`0x81`~`0xFF`
TIME	`0x02`	`0x00`	`0x100`
TxPDO1	`0x03`	`0x01`~`0x7F`	`0x181`~`0x1FF`
RxPDO1	`0x04`	`0x01`~`0x7F`	`0x201`~`0x27F`
TxPDO2	`0x05`	`0x01`~`0x7F`	`0x281`~`0x2FF`
RxPDO2	`0x06`	`0x01`~`0x7F`	`0x301`~`0x37F`
TxPDO3	`0x07`	`0x01`~`0x7F`	`0x381`~`0x3FF`
RxPDO3	`0x08`	`0x01`~`0x7F`	`0x401`~`0x47F`
TxPDO4	`0x09`	`0x01`~`0x7F`	`0x481`~`0x4FF`
RxPDO4	`0x0A`	`0x01`~`0x7F`	`0x501`~`0x57F`
TxSDO	`0x0B`	`0x01`~`0x7F`	`0x581`~`0x5FF`
RxSDO	`0x0C`	`0x01`~`0x7F`	`0x601`~`0x67F`
NMT error control	`0x0E`	`0x01`~`0x7F`	`0x701`~`0x77F`

ネットワーク管理を行う．CANOpenノードの運転状態を制御する．NMTはデータ長が2bytesの単一のCANフレーム

SDOアクセスに起因しないエラーが発生するたびに，エマージェンシメッセージが送信される．

0,1byte: 2byteのエラーコード
2byte: エラーレジスタ(0x1001,0x00)のコピー
3~7byte : メーカ固有のエラーコード

ノード間で更新頻度の高いデータ，情報をブロードキャストする．CANのデータフレームである最大8bytesを全部データとして扱える．
各ノードは好きなタイミングでデータを送信できる（これはCANの機能として保証される），1つのフレームに複数のデータを詰め込むことが可能．
CANOpenにおいてこの事項を満たすためにPDO（プロセスデータオブジェクト）が存在している．
PDOは送信受信が分かれている．PDOがどのノードから送信されているか，受信されているかの判別が必要である．よって，PDOを送信するノード（プロデューサ）は1つ，プロデューサにとってPDOはTPDOとなり，その他のノード（1つまたは複数のコンシューマ）にとってはRPDOとなる．

送信タイミング

PDOは4つの送信タイミングが存在する．

イベント・ドリブン（チェンジオブステート）

PDOに設定したデータに変更が入ったときに送信する．しかし，PDOが非常に短時間似変化した時，このノードのTPDOがバスを占有するリスクが有る．このため，インヒビットタイマを用いることでこれに対応する．TPDOの送信後PDOの値がどれだけ変化してもインヒビットタイマが終了するまでは次のTPDOを送信しないという実装になる．このため，インヒビットタイマで指定した時間がそのままTPDOの送信が発生する最小周期と設計することができる．
デメリットとして，インヒビットタイマの終了前に生じた値の変化を他のノードに反映できないという点がある．

タイムドリブン

ノード内に設定したイベントタイマによって定期的に送信する．このため，各ノード間でタイマの同期はされていないことに注意する，各ノードの送信においてTPDOの送信タイミングにはズレが生じる．バスの帯域使用率，レイテンシの計算は簡単であるが，オーバーヘッドが大きいことに注意．

ポーリング

PDOにおいては非推奨．
個別ポーリングはCANのリモートリクエストを用いて実装するが，リモートリクエストはCANコントローラやチップベンダによって実装が異なる．シンクロナイズドポーリングを用いるのが良い．

シンクロナイズドポーリング（グループポーリング）

全ノードに対して同じタイミングで処理を反映したいときに用いる．CANOpenではSYNCシグナルを用いて実現する．
これにより，全ノードに対して時刻同期を行うことができる． SYNCシグナルはグローバルなタイマタイミングとして機能する．
センサの場合
各ノードは値をずっと読み取りデータを更新する，SYNCを受信すると，このタイミングでのデータを送信する．SYNCを送信したノードはこれらセンサの値を受信するが，各データはSYNCを送信したタイミングでデータとなる．
アクチュエータ場合
各アクチュエータのノードに新しいデータを送信する．データを受信した各ノードは，そのデータをすぐには出力には反映せずに保持する．その後，SYNCを送信する．SYNCを受信したタイミングで，ノードは受信したデータを出力を反映する．

Service Data Object，CANOpenのすべてのオブジェクトディクショナリにアクセス可能．ノードの初期パラメータの設定に使ったりする．

CANOpenで定義されている各変数を全部まとめておく変数テーブルという認識
16bitのindexとその中に8bitのsubindexが存在する．

Index			Sub-Index	Object
0x0000				未使（予約済み）
0x001-0x025F	0x0001-0x001F			Static data types
	0x0020-0x003F			Complex data types
	0x0040-0x005F			Manufacturer-specific complex data types
	0x0060-0x025F			Device profile specific data types
0x0260-0x0FFF				未使（予約済み）
0x1000-0x1FFF				通信プロファイル領域　CiA301
		0x1000		Device Type
		0x1001		Error register
		0x1002		Manufacturer status register
		0x1003		Pre-defined error field/ERRHistoryADOM
		0x1005		COB-ID SYNC
		0x1006		Communication cycle period/NMTCycleLenU32
		0x1007		Synchronous window length
		0x1008		Manufacturer Device Name
		0x1009		Manufacturer Hardware Version
		0x100A		Manufacturer Software Version
		0x100C		Guard time
		0x100D		Life time factor
		0x1010		Store parameters/ NMTStoreParamREC
		0x1011		Restore default parameters/ NMTRestoreDefParamREC
		0x1012		COB-ID TIME
		0x1013		High resolution time stamp
		0x1014		COB-ID EMCY
		0x1015		Inhibit Time EMCY
		0x1016		Consumer heartbeat time
		0x1017		Producer heartbeat time
		0x1018		Identity Object
		0x10F1		Error Settings
		0x10F3		Diagnosis History
		0x10F4		External Synchronization Status
		0x10F5		External Synchronization Settings
	0x1200-0x127F			CANopen: SDO Server Parameter
	0x1280-0x12FF			CANopen: SDO Client Container Parameter
	0x1400-0x14FF			CANopen: Receive PDO Communication Parameters
	0x1600-0x17FF			CANopen, EtherCAT: Receive PDO Mapping
		0x1600		Receive PDO mapping 1
			0x00	Number of entries
			0x01	1st receive PDO mapped
			0x02	2nd receive PDO mapped
			︙	︙
			0x20	32nd receive PDO mapped
		0x1601		Receive PDO mapping 2
		0x1602		Receive PDO mapping 3
	0x1800-0x19FF			CANopen: Transmit PDO Communication Parameters
	0x1A00-0x1AFF			CANopen, EtherCAT: Transmit PDO Mapping
		0x1A00		Transmit PDO mapping 1
			0x00	Number of entries
			0x01	1st transmit PDO mapped
			0x02	2nd transmit PDO mapped
			︙	︙
			0x20	32nd transmit PDO mapped
		0x1A01		Receive PDO mapping 2
		0x1A02		Receive PDO mapping 3
		0x1C00		Sync Manager Communication Type
			0x00	Number of used sync manager channels
			0x01	Communication type sync manager 0
			0x02	Communication type sync manager 1
			0x03	Communication type sync manager 2
			0x04	Communication type sync manager 3
		0x1C12		Sync Manager channel 2
			0x00	Number of assigned PDOs
			0x01	PDO mapping object index of assigned TxPDO 1
			0x02	PDO mapping object index of assigned TxPDO 2
			0x03	PDO mapping object index of assigned TxPDO 3
			0x04	PDO mapping object index of assigned TxPDO 4
		0x1C13		Sync Manager channel 3
		0x1C32		Sync Manager 2 synchronization
			0x00	Number of sub-objects
			0x01	Sync mode
		0x02	Cycle time
		0x03	Shift time
		0x04	Sync modes supported
		0x05	Minimum cycle time
		0x06	Calc and copy time
		0x08	Command
		0x09	Delay time
		0x0A	Sync0 cycle time
		0x0B	cycle time too small
		0x0C	SM-event missed
		0x0D	Shift time too short
		0x0E	RxPDO toggle failed
		0x20	Sync error
	0x1C33		Sync Manager 3 synchronization
0x2000-0x5FFF				製造メーカ固有プロファイル領域
0x6000-0x9FFF				標準化されたデバイスプロファイル領域
0xA000-0xAFFF				標準化されたインターフェースプロファイル領域
0xC000-0xCFFF				未使（予約済み）

Object Dictionaryの0x6000~から定義されている標準化されたデバイス（インターフェース）プロファイル領域という部分にCiA4xxで定められた割当がされるということのようだ．
RxPDO, 0x1600 - 0x17FF
TxPDO, 0x1A00 - 0x1BFF

モーションコントロールに関する仕様を定めているアプリケーションプロファイル．
EtherCATでモーションコントロールを行う際，このCiA402の仕様に準拠して各送受信データを設計しているものが多い．
このCiAで指定されているオブジェクト（データ，変数のこと？）のうち，インデックスを持つものがある．
これはCANOpenで定義されているObject Dictionaryというマップにてそれぞれ定義されている領域に割り当てられる．

Index	Sub-Index	名称
0x6007		Abort connection option code
0x603F		Error code
0x6040		Controlword
0x6041		Statusword
0x6042		Target Velocity
0x605A		Quick Stop option Code
0x605B		Shutdown option Code
0x605C		Disabled operation option Code
0x605D		Halt option Code
0x605E		Fault reaction option Code
0x6060		Mode of operation
0x6061		Mode of operation display
0x6062		Position demand value
0x6063		Position actual value*
0x6064		Position actual value
0x6065		Following error window
0x6066		Following error time out
0x6067		Position window
0x6068		Position window time
0x606A		Control Effort
0x606B		Velocity demand value
0x606C		Velocity actual value
0x606D		Velocity window
0x606E		Velocity window Time
0x606F		Velocity threshold
0x6070		Velocity threshold Time
0x6071		Target torque
0x6072		Max torque
0x6073		Max current
0x6074		Torque demand
0x6075		Motor rated current
0x6076		Motor rated torque
0x6077		Torque actual value
0x6078		Current actual value
0x6079		DC link circuit voltage
0x607A		Target Position
0x607B		Position range limit
	0x00	highest sub-index supported (2)
	0x01	Min position range limit
	0x02	Max position range limit
0x607C		Home offset
0x607D		Software position limit
	0x00	Number of entries (2)
	0x01	Min position limit
	0x02	Max position limit
0x607E		Polarity
0x607F		Max profile velocity
0x6080		Max motor speed
0x6081		Profile velocity
0x6082		End velocity
0x6083		Profile acceleration
0x6084		Profile deceleration
0x6085		Quick stop deceleration
0x6086		Motion profile type
0x6087		Torque slope
0x608F		Position encoder resolution
	0x00	highest sub-index supported (2)
	0x01	Encoder increments
	0x02	Motor revolutions
0x6091		Gear ratio
	0x00	highest sub-index supported (2)
	0x01	Motor revolutions
	0x02	Shaft revolutions
0x6092		Feed constant
	0x00	highest sub-index supported (2)
	0x01	Feed
	0x02	Shaft revolutions
0x6093		Position Factor
0x6094		Velocity Factor
0x6097		Acceleration Factor
0x60A3		Profile jerk use
0x60A4		Profile jerk
	0x00	highest sub-index supported (2)
	0x01	Profile jerk 1
	0x02	Profile jerk 2
0x60B0		Position Offset
0x60B1		Velocity Offset
0x60B2		Torque Offset
0x60B8		Touch probe function
0x60C5		Max acceleration
0x60C6		Max deceleration
0x60F2		Position option code
0x60F4		Following error actual value
0x60FA		Control Offset
0x60FC		Position demand internal value
0x60FE		Digital outputs
	0x00	highest sub-index supported (2)
	0x01	Physical outputs
	0x02	Bit mask
0x60FF		Target Velocity