EtherCAT网络里的CANopen（COE）协议

我们在做PC-Based工业控制器（一般运控速度快，实时性要求高的场景），搭配EtherCAT总线通信（EtherCAT 远程IO及EtherCAT总线伺服）等运控方案中，经常需要配置CiA402轴，而且有些伺服还需要配置特定的PDO才能满足要求。

CiA® 402 series: CANopen device profile for drives and motion control

实际上，PDO、SDO等这些通信的对象来源于CANopen协议。本身CANopen协议可以基于以太网来做物理层，而EtherCAT就本质而言也是一种工业以太网。

CANopen：简单且低成本

CANopen 是一种基于 CAN（控制器局域网）物理通信标准的通信协议。在 OSI 通信模型中，CAN 定义了物理层和数据链路层，而 CANopen 则涵盖了更高层次——网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。可以详细参考：

关于CANopen通信协议，这些基础点你知道吗？

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CANopen 协议定义了自动化设备的配置和访问方式，以及它们之间消息的交换方式。CANopen 是基于对象的，这意味着网络中的每个节点（驱动器、控制器、编码器、I/O 设备以及其他设备）都拥有一个对象字典，其中包含通信对象。这些通信对象包括：由服务数据对象（SDOs）处理的非周期性配置数据；由过程数据对象（PDOs）处理的周期性实时数据；网络管理数据；以及特殊功能。

对象字典、服务数据对象和过程数据对象的使用是 CANopen 协议的关键组成部分，其中 SDO 是读写对象字典的机制。

由于硬件成本低、设备和应用配置丰富、实现简单，CANopen 被广泛使用。它还极其可靠，并提供实时通信，使其适用于工业应用。

EtherCAT：快速且确定性

EtherCAT 是一种工业以太网网络。它基于标准的以太网硬件，但使用“即时处理”的方法来传输和路由消息。除了是一种实时网络协议外，EtherCAT 还具有确定性，即它保证消息将在指定的、可预测的时间内传输（或事件将发生），既不会更慢，也不会更快。

EtherCAT 允许节点（设备）之间距离长达 100 米，并可提供高达 100 Mbps 的数据传输速率，循环时间小于 100 微秒，并且由于分布式同步时钟，抖动极低。

EtherCAT 协议将一个包含所有必要数据的帧发送到网络中的每个节点或设备。这种“即时处理”的方法实现了极快的通信和低抖动。如下图所示：

关于EtherCAT总线我们的详细介绍如下：

高效、实时、灵活：EtherCAT总线技术深度解析(完结篇）

CANopen over EtherCAT：在工业以太网上实现 CANopen 设备

CANopen over EtherCAT（CoE）允许在 EtherCAT 网络上实现 CANopen 通信协议，提供了一种用户友好、成本效益高的解决方案，能够在更长的网络距离上实现确定性的数据传输和更快的传输速度。

CANopen over EtherCAT 的实现很大程度上是因为 EtherCAT 实现了相同的通信系统，包括对象字典、SDOs（SDO 协议直接从 CANopen 实现，没有任何改动）和 PDOs。在 EtherCAT 网络中，PDO 帧的传输是确定性的，并且不受 CANopen 所限制的 8 字节限制。CANopen over EtherCAT 还支持 CANopen 设备配置文件，这些配置文件定义了设备的参数和行为，以及特定设备类别的状态机。

EtherCAT在以太网上提供了基于CANopen的技术。EtherCAT不会取代基于CAN的CANopen，而是在CAN的局限性（如吞吐量、网络长度或节点数量）显现时提供一种替代方案。EtherCAT与CANopen如此接近，以至于现有的协议栈甚至可以被重用。

总的来说，选择CANopen还是EtherCAT取决于具体的应用需求。如果应用对实时性要求较低，预算有限，且系统规模较小，CANopen是一个理想选择；而如果需要高带宽、低延迟，并且要连接大量设备，EtherCAT则是更好的选择。而COE协议，能够让两者很好的结合，从而不用重复去定义通信协议的具体内容。

参考链接：

1. https://www.can-cia.org/fileadmin/cia/documents/proceedings/2005_rostan.pdf
2. https://www.motioncontroltips.com/what-is-the-canopen-over-ethercat-coe-protocol/