东软载波

CANopen 是一种基于CAN的通信协议,已在工业领域得到了广泛应用。

CAN提供可靠的底层数据传输,CANopen提供标准化的应用层协议。在CANopen协议中,每个CANopen设备都有一个对象字典。CANopen设备模型如下图。对象字典描述了CANopen设备的所有行为和参数。

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CanFestival是一套开源免费的CANopen协议栈。它功能强大,且提供图像化的对象字典编辑工具。RT-Thread已经将CanFestival制作成软件包。所以只需完善对应驱动就能实现CANopen。

本文将要介绍:在 ES32 平台上,基于 RT-Thread bsp 实现 CANopen 从机的方法。

开启本实验前,读者需要首先了解:

☞本实验基于RT-Thread 4.0.4版本,用户可以从GitHub或Gitee获取:

☆从GitHub下载RT-Thread 4.0.4:https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/v4.0.4

☆从Gitee下载RT-Thread 4.0.4:https://gitee.com/rtthread/rt-thread/tree/v4.0.4

☞ 基础的软硬件环境配置和ES-CodeMaker使用方法。详细请查看(点击直接打开):工程师笔记 | ES-CodeMaker for RT-Thread (一)快速上手

☞ ES-CodeMaker for RT-Thread软件的获取方法,在文本的最后给出。

1. 硬件配置

本实验使用ZLG的USBCAN-E-P做为主站,ES-PDS-ES32F3696LX开发板和ES-PDS-CAN模块作为从机。

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▲CANopen主站卡

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将ES-PDS-CAN模块插入开发板CAN接口上。CAN模块与开发板的连接:

ES-PDS-CAN模块接口ES-PDS-ES32F3696LX开发板管脚功能
VCC电源VDD
GND电源地GND
RXCAN0_RX(PB8)
TXCAN0_TX(PB9)

USBCAN-E-P CANopen主站卡与ES-PDS-CAN模块的连接:

CANopen主站卡接口ES-PDS-CAN模块接口
CAN_HCAN_H
CAN_LCAN_L

ES-PDS-ES32F3696LX开发板上的跳线接口:

1 . 闭合JP4:使开发板为芯片供电。

2 . 闭合JP2、JP3:通过板载调试器将UART2转为串口,方便调试程序。

2. 驱动配置

通过ES-CodeMaker可实现可视化的管脚功能配置

1)新建工程

选择芯片ES32F3696LX,填写工程名称和路径,选择模板   pkg-example-canopen:

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2)开启 UART2 功能和对应的管脚作为RT-Thread的控制台功能。

3)开启 CAN0 的管脚: PB8,PB9 ,并选择相应的CAN功能,可以设置can设备的名称。设备配置为:波特率1000000,使能失败自动重发,再同步跳转宽度为4个时间片。

4)开启 AD16C4T0 作为 HWTIMER ,并选择相应的功能,可以设置hwtimer设备的名称。设备配置为:递增计数模式。

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3. RT-Thread配置

使用RT-Thread env工具配置RT-Thread的内核、组件、软件包和驱动。

1)在路径rt-thread-v4.0.4\bsp\essemi\es32f369x中,打开ENV工具

2)输入menuconfig配置工程

  • rt-thread 内核配置

RT-Thread Kernal -> Kernel Device Object  进行内核设备对象设置。将控制台的设备名改为“uart2”。

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  • rt-thread 软件包 CanFestival 配置

RT-Thread online packages → miscellaneous packages开启CanFestival 软件包,选择版本:v1.0.0。CanFestival是一个开源免费的 CANopen 协议栈。

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RT-Thread online packages → miscellaneous packages → CanFestival: A free software CANopen framework 打开配置界面。选择can和hwtimer的设备名,及线程的优先级。

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  • UART 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> UART Drivers  开启uart2,与RT-Thread控制台通信。

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  • CAN 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> CAN Drivers  开启can0,为CanFestival提供CAN驱动。

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  • TIMER 配置

Hardware Drivers Config -> On-chip Peripheral Drivers -> HWTIMER Drivers  开启timer0,为CanFestival提供timer驱动。

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  • 开启CANopen用例

Hardware Drivers Config -> Pkgs Support Example -> Canopen -> USBCAN_E_P_EXAMPLE_SLAVE开启CANopen从机例程。

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配置好之后保存退出。

3)输入pkgs --update命令更新软件包。然后根据 6. 软件包程序修改说明  优化软件包的部分接口。

4)输入scons --target=mdk5命令生成keil5工程。(使用IAR等其他平台指定--target=xxx即可)

5)使用Keil5打开工程,编译并下载。

4. 实验说明

1)安装CANopen对象字典编辑工具

CANopen协议的核心是对象字典。由于CANopen的对象字典较为复杂,不建议手写对象字典。CANopen对象字典编辑工具安装方法如下:

☞ 首先获取资源:

☆从官方获取python2.7:

https://www.python.org/downloads/release/python-2715/

☆从官方获取wxPython2.8:

https://sourceforge.net/projects/wxpython/files/wxPython/2.8.12.1/

☆2种获取CANopen源码的方式:

  • a . 从官方获取CANopen源码:

https://bitbucket.org/Mongo/canfestival-3-asc

  1. b . 从百度网盘获取CANopen源码:

https://pan.baidu.com/s/1b9K0vIzu_EVWK1BLURJEPQ  提取码为:j2w2

资源获取成功后:

  • a . 安装python2.7。

  • b . 安装wxPython2.8。

  • c .  解压CANopen源码,获得Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8d文件夹。

  • d . 解压Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8d\objdictgen\Gnosis_Utils-current.tar.gz,获得Gnosis_Utils-1.2.2.tar。

  • 解压Gnosis_Utils-1.2.2.tar后,获得Gnosis_Utils-1.2.2文件夹。

  • e . 将  Gnosis_Utils-1.2.2\gnosis文件夹,复制到 Mongo-canfestival-3-asc-1a25f5151a8d\objdictgen路径下。如下图所示:

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  • f . 双击 Mongo-canfestival-...\objdictgen\objdictedit.py。

如果安装正常,则会出现以下的界面:

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2) CANopen对象字典编辑工具的使用方法如下:

  • a . 点击左上角的按钮“文件”,可新建或打开对象字典。

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打开bsp中的对象字典。

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打开对象字典成功后,如下图所示:

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  • b . 点击选项后,可编辑字典,如下图所示:

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CANopen对象字典各索引范围的描述如下图。

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对象字典索引0x2000~0x5FFF的制造商特定自协议区,常被用于存放应用数据。

如下图所示:可以直接通过编辑工具修改对象字典索引0x2100的数据。

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  • c . 将CANopen对象字典输出的方法如下:

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点击【建立字典】后,会生成.c和.h对象字典文件。如果当前打开的是工程内的.od文件,则会更新工程中的对象字典。

点击【导出成EDS文件】后,会生成eds文件。CANopen主机需要用eds文件解析从机。

4)CANopen从机程序流程。

在CANopen中,PDO为过程数据对象协议,可用于在多节点之间交换即时数据。PDO被分为RPDO和TPDO。RPDO为从机接收数据。TPDO为从机发送数据。

在用例从机对象字典中,有4个RPDO,4个TPDO。在下图中N的取值为1~4。

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如上图所示,应用层CANopen从机程序流程为:

  • a . 初始化底层驱动。初始化CANopen,并导入对象字典。

  • b . 从机进入预操作状态后,不断读写对象字典。

注意:因为双方的时钟相互独立,存在误差。所以加速了当前使用的硬件定时器,使从机能及时响应主机。

5)CANopen主站卡环境安装。

本实验用 USBCAN-E-P CANopen主站卡作为CANopen主机,开发板作为CANopen从机。

☞ 从官网获取 USBCAN-E-P 资料:

☆ 获取USBCAN-E-P 的PC端上位机软件安装包:

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/CANopen_Setup.rar 

☆ 获取USBCAN-E-P用户手册:

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/USBCAN_E_P_CANOpen_um.pdf 

☆获取USBCAN-E-P驱动:

https://www.zlg.cn/data/upload/software/Can/USBCAN_E_P_drive.zip

PC端上位机软件安装完成后,获得软件  CANManager for CANopen :

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然后根据用户手册,安装USBCAN-E-P驱动。

5. 实验现象

1)将CANopen从机程序下载后,RT-Thead控制台输出如下信息:

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2)然后打开CANManager for CANopen。

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导入CANopen从机的eds。

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选择从机用例的eds文件。文件路径为:drivers\pkg_support_example\canopen\USBCAN-E-P-example-slave\app_od.eds

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点击搜索,开始搜索从机,如下图所示:

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搜索到从机后,点击右下角的关闭按钮后,如下图所示:

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3)点击左上角的启动后,设置如图:

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启动后,可观察到现象:主机收到从机的TPDO中,红色框中的数据在不断循环。蓝色框中的数据不变,为字典中的初始值。与程序流程图逻辑一致。

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点击RPDO1的手动发送后。TPDO1的后4字节数据与RPDO1的后4字节数据一致。

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修改RPDO2后4字节数据后,点击RPDO2的手动发送后。TPDO2的后4字节数据与RPDO2的后4字节数据一致。

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4)实验完成后,RT-Thread控制台输出如下信息:

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如果主机和从机几乎同时往CAN总线发送数据,就会有 CAN通讯超载 的紧急报文。

    received EMCY message. Node: 08  ErrorCode: 8110  ErrorRegister: 11

CANopen紧急报文错误代码说明如下:

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6. 软件包程序修改说明

1)CanFestival 软件包修改(版本:v1.0.0)

该软件包有3处需要修改:

软件包第1处修改

修改原因:can过滤器控制块配置不正确。

a . 宏RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT,会将过滤表号设置为-1。如果过滤表号为-1,则表示:不指定过滤表号,该过滤器控制块不会被初始化。这会导致回调函数无效。所以需要修改过滤表号:将过滤表号修改为 0。

b . 适配rt-thread的驱动框架。将过滤表模式修改为0。

具体修改如下:(修改前的代码 + 修改后的代码)

将 packages\CanFestival-v1.0.0\src\can_rtthread.c 进行更改。can_rtthread.c的部分内容如下:

修改前:

    struct rt_can_filter_item filter1item[1] =
{
 RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x180, 0, 0, 1, 0, can1ind, &can_data.event)
};

修改后:

    struct rt_can_filter_item filter1item[1] =
{
 {
     .id = 0x180,
     .ide = 0,
     .rtr = 0,
     .mode = 0,/*过滤表模式*/
     .mask = 0,
     .hdr = 0, /*过滤表号*/
     .ind = can1ind,
     .args = &can_data.event
 }
};

软件包第2处修改

修改原因:部分符号定义冲突。在ES32底层库中,TRUE 和 FALSE会被定义为枚举。在软件包中,TRUE 和 FALSE会被定义为宏。

具体修改如下:

在 packages\CanFestival-v1.0.0\inc\def.h 的#define __def_h__的下方加入头文件:

    #include "type.h"

软件包第3处修改

修改原因:删除非必要的文件。

具体修改如下:

packages\CanFestival-v1.0.0\src\timer_rtthread.c

    #include <stm32f10x.h>

7. 如何获取 ES-CodeMaker for RT-Thread?

链接:https://pan.baidu.com/s/1IAJuTKGzCRxrCGWaF3o2tw 提取码:esae

来源:东软载波微电子

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围观 12

芯片简介

ES32F0930医疗量测控制芯片(MMC),集成了高性能32位RISC内核。系统最高工作频率为16MHz,具有32KB的闪存和高达4KB的SRAM。拥有五种节能模式使其可用于低功耗应用。提供广泛的增强型外设和I/O,允许该器件在不同的应用中采用。Flash程序内存可以通过SWD接口在系统内重新程序设计。

ES32F0930微控制器外设集还包括外部总线接口,1个UART,1个SUART,1个SPI,1个I2C,2个通用16位定时器,1个通用32位定时器,1个基本定时器,1个独立看门狗,1个窗口看门狗,内建Charge Pump稳压电路,支持两颗电池3V电源工作,1个高精度ADC,2个模拟比较器,4×15LCD液晶驱动器和多功能测量模块。

“基于ES32F0930微控制器的额温枪方案"

额温枪方案

1)概述

额温枪是当前最常见的一种红外测温仪。快速测温、无接触测温的特点,使其成为疫情常态化背景中使用最为广泛的测温工具。

额温枪的工作原理:模拟红外传感器(热电堆)采集人体的红外线辐射能量转化为电信号,经由放大电路和ADC转换为数字信号,MCU计算出温度值。同时利用环温热敏电阻采集到的环境温度做算法补偿和处理,将修正后的体温值显示在LCD屏上。

ES32F0930的参考设计方案在环境温度=10/25/35℃的条件下,量测32~50℃黑体炉,误差大多落在±0.1℃,少数温度点落在±0.2℃,在极端温度下也能够达到额温枪的认证规格要求。

ES32F0930内含一个高分辨率Σ∆24位ADC,可实现温度的精准测量。

2)原理框图

“基于ES32F0930微控制器的额温枪方案"

3)设计要点

以针对医疗量测控制设计的MMC模块开发,其由电压基准、模拟开关网络,比较器网络,以及前置滤波器、ADC输入选择器和温度传感器组成。并且结合了多功能比较器、模数转换器以及数字信号运算等模块。可免去开发人员在硬件设计及量测控制切换上的负担,可有效缩短开发周期,操作更灵活。

高分辨率Σ∆24位ADC

  • 支持24位转换结果,最高17位有效精度
  • 带宽400/800KHz
  • 输入增益可配置为1、2、3或4倍
  • 支持参考增益可配置为1/3或1倍
  • 支持内部参考电压或独立参考接地
  • 支持温度检测

4×15LCD液晶驱动器

  • 支持APB时钟和内部低速RC振荡器时钟作为时钟源
  • 支持两种不同的LCD驱动波形
  • 内建Charge Pump稳压电路,可提供4种LCD电压2.55V,2.8V,3.0V,3.3V
  • 支持Static,1/2,1/3,1/4偏置的不同LCD驱动波形

可程序设计增益放大器PGA

PGA是一个提供用户可程序设计的同相增益的放大器,其输出连接到Σ∆模拟-数字转换器的输入。PGA为差分输入且具有8种可选增益。

  • 工作方式:依据内部参考电压的单端放大器,或与独立参考地配合工作
  • 增益:1/2/3/4/6/9/12/16倍
  • 低噪声输入(Chopper电路开启)
  • 输入电压范围宽为+0.25V至AVDD-0.25V(增益为1×)

4)硬件设计

“硬件原理图"

“硬件原理图"

5)软件设计

  • 温度校准:以两点温度做校准,免除繁杂的校准步骤
  • ADC校准:校准硬件参考电阻,避免量测误差
  • 量测模式:量测热电堆(Thermopile)和环境温度(Thermistor)值后计算出目标温度

“基于ES32F0930微控制器的额温枪方案"

小结

ES32F0930是上海东软载波微电子推出的一款专用的医疗量测控制芯片,针对额温枪、血压计等医疗产品所设计,经由MMC模块的控制,可轻易实现各种模拟-数字转换,有效提升额温枪、血压计的开发效率。

来源:东软载波微电子
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