CANopen
总述CANopen是一种架构在控制局域网路（Control Area Network, CAN）上的高层通讯协定，包括通讯子协定及设备子协定常在嵌入式系统中使用，也是工业控制常用到的一种现场总线。
CANopen 实作了OSI模型中的网络层以上（包括网络层）的协定。CANopen 标准包括寻址方案、数个小的通讯子协定及由设备子协定所定义的应用层。 CANopen 支援网络管理、设备监控及节点间的通讯，其中包括一个简易的传输层，可处理资料的分段传送及其组合。一般而言资料链结层及实体层会用CAN来实作。除了 CANopen 外，也有其他的通讯协定（如EtherCAT）实作 CANopen 的设备子协定。
基本的 CANopen 设备及通讯子协定定义在 CAN in Automation (CiA) draft standard 301. 中。针对个别设备的子协定以 CiA 301 为基础再进行扩充。如针对 I/O 模组的 CiA401 及针对运动控制的 CiA402。
设备模型以下是所有 CANopen 设备都要具备的功能：
通讯单元 处理和网络上其他模组通讯所需要的通讯协定。 设备的启动及重置由状态机 (state machine)控制。状态机需包括以下的几个状态：Initialization, Pre-operational, Operational 及 Stopped。当接收到网络管理 (NMT) 通讯对象，状态机会转换到对应的状态。 对象字典 (Object Dictionary) 是一个有 16 位元索引 (Index) 的变量阵列。每个变量可以（但非必须）有 8 位元的子索引 (Subindex)。变量可用来调整设备的组态，也可以对应设备量测的资料或设备的输出。 当状态机设定为 operational之后，设备的应用 (application) 部份就会实现设备预期的机能。此部份可以由对象字典中的变量调整其设定，而资料由通讯层传收或接收。对象字典CANopen 设备都需要具备对象字典，用来设定设备组态及进行非即时的通讯。对象字典的entry 定义如下：
索引 (Index)：对象 16 位元的位址。对象名称 (Object name)：一个代表对象的 symbolic type，可以是阵列、纪录或只是一个变量。名称 (Name)：描述此 entry 的字串。形态 (Type)：变量的资料形态。属性 (Attribute)：提供此 entry 是否可读／可写的资料，有下列四种：可读/写、只读、唯写、只读常数。必须 (Mandatory)/可选 (Optional)字段定义属于特定设备规范下的设备，是否必须实现某些对象。 在 CANopen 标准中定义了对象字典中的基本资料型态，包括逻辑值、整数及浮点数。也定义了复合对象：如阵列、记录及字串。复合对象用一个 8 位元的数值作为其子索引(subindex)。记录或阵列中子索引 0 的位置记录此数据结构的元素个数，资料型态为 UNSIGNED8。
例如在 CiA301 标准中，设备通讯的参数放在索引范围 0x1000 - 0x1FFF (通讯行规区)。此区域的前几项如下：
索引
对象名称
名称
形态
属性
M/O
0x1000
VAR
device type
UNSIGNED32
只读
M
0x1001
VAR
error register
UNSIGNED8
只读
M
...
0x1008
VAR
manufacturer device name
Vis-String
常数
O
...
若配合适当的工具，可以用编辑电子资料表（electronic data sheet, EDS)档案的方式规划一个设备，并且将变量的数值上传到设备中。EDS 档案的格式通常会是INI档。
通讯通讯对象CANopen 的物理层 CANbus 每次传送的资料量不大，其中包括 11 位元的 ID、远端传输请求（RTR）位元及大小不超过8位元的资料。CANopen 将 CANbus 11 位元的 ID 分为 4 位元的功能码及 7 位元的 CANopen 节点 ID。7 位元的 ID 共有 128 种不同的组合，其中 ID 0 不使用，因此一个 CANopen 网络上最多允许 127 台设备。CANbus 在 CAN 2.0 B 规格中允许 29 位元的 ID，因此若配合 CAN 2.0 B 使用，CANopen 网络上可以超过127 台设备，不过在实际运用中，大多数的 CANopen 网络上设备数量均低于此数值。
CANopen 将 CANbus 的 11 位元 ID 称为通讯对象 ID (COB-ID)。当传输资料出现碰撞时，CANbus 的仲裁机制会使 COS-ID 最小的讯息继续传送，不用等待或重传。COB-ID 的前 4 个位元是 CANopen 的功能码，因此数值小的功能码表示对应的功能重要，允许的延迟时间较短。
以下是一个标准的 CANopen 页框：
功能码
节点 ID
RTR
资料长度
资料
长度
4 位元
7 位元
1 位元
4 位元
0-8 字节
在 CANopen 标准中，部份 COB-ID 被保留作网络管理及 SDO 通讯用。而在设备初始化后，有些功能码和 COB-ID 会对映到标准的功能，不过后续仍可以规划为其他用途。通讯模型CANopen 设备间的通讯可分为以下三种通讯模型。
在master/slave 模型中，一个 CANopen 设备为 master，负责传送或接收其他设备（称为 slave）的资料。NMT 协定就使用了 master/slave 模型。主从（client/server）模型定义在 SDO 协定中，SDO client 将对象字典的索引及子索引传送给 SDO server，因此会产生一个或数个需求资料（对象字典中，索引及子索引对应的内容）的 SDO 封包。生产者／消费者（producer/consumer）模型用在 Heartbeat and Node Guarding 协定。由一个生产者送出资料给消息者，同一个生产者的资料可能给一个以上的消息者。又可分为二种： push-model：生产者会自动送出资料给消费者。 pull-model：消费者需送出请求讯息，生产者才会送出资料。
协定NMT 协定NMT（网络管理,Network management）协定会定义（设备内部）状态机的状态变更命令（如启动设备或停止设备）、侦测远端设备 bootup及故障情形。
NMT master 使用的模组控制协定可变更设备的状态。其 COB-ID 为 0，其功能码及节点 ID 均为 0，因此网络上的所有节点均会处理这个讯息。在此讯息的资料部份会有此讯息实际针对节点的ID，此 ID 也可为 0，表示所有节点都要变更为指定的状态。
心跳协定（Heartbeat protocol）是用来监控网络中的节点及确认其正常工作。心跳讯息的生产者（一般是 slave 设备）周期性的送出功能码 1110、ID 为本身节点 ID 的讯息，讯息的资料部份有一个表示节点状态的位元。而心跳讯息的消费者负责接收上述资料，若在指定时间（于设备的对象字典中定义）内，消费者均未收到讯息，可采取相关行动（例如显示错误或重置该设备）。
其格式为：
COBID + DATA(status of node) CANopen 设备需要在 bootup 时自动从 Initializing 状态切换至 Pre-operational 状态，设备会在切换完成后送出一个心跳讯息，这就是心跳协定。
有一种 pull model 的 NMT 协定，称作节点监控（Node guarding）协定，也可以作从机的监控。
服务资料对象 (SDO) 协定服务资料对象(SDO)可用来存取远端节点的对象字典，读取或设定其中的资料。提供对象字典的节点称为SDO server，存取对象字典的节点称为SDO client。SDO 通讯一定由SDO client 开始，并提供初始化相关的参数。
在CANopen的术语中，上传是指由 SDO server 中读取资料，而下载是指设定 SDO server 的资料。
进程数据对象 (PDO) 协定
进程数据对象(PDO) 协定可用来在许多节点之间交换即时的资料。可透过一个 PDO ，传送最多 8 字节（64位元）资料给一设备，或由一设备接收最多 8 字节（64位元）的资料。一个 PDO 可以由对象字典中几个不同索引的资料组成，规划方式则是透过对象字典中对应 PDO mapping 及 PDO 参数的索引。
PDO 分为两种：传送用的 TPDO 及接收用的 RPDO。一个节点的 TPDO 是将资料由此节点传输到其他节点，而 RPDO 则是接收由其他节点传输的资料。一个节点分别有 4 个 TPDO 及 4 个 RPDO 。
PDO 可以用同步或异步的方式传送：同步的 PDO 是由 SYNC 讯息触发，而异步的 PDO 是由节点内部的条件或其他外部条件触发。例如若一个节点规划为允许接受其他节点产生的 TPDO 请求，则可以由其他节点送出一个没有资料但有设定 RTR 位元的 TPDO（TPDO 请求），使该节点送出需求的资料。
借由 RPDO 也可以使两种设备同时启动。
CANopen 专有名词
PDO 程序资料对象 - 对应实际物理量的输入及输出。资料的单位可能是 RPM, V, Hz, mAmp...。
SDO 服务资料对象 - 一般来说是组态设定的资料，如节点位置、节点ID、通讯速度、位移、增益等。……
COB-ID - CAN 对象编号
CAN ID - CAN Identifier. 是在每个 CAN 讯息前面的讯息识别码，共 11 位元。
EDS - 电子资料档（Electronic data sheet）是 INI 格式的档案。
DCF - 设备组态档案（Device configuration file），是加强版的 EDS，可以设定节点 ID 及通讯速度。