网上关于powerlink协议的知识太少，而且都太分散太零碎，容易让人一头扎进去摸不着头绪。新手看到demo源码可能都不知道有什么用途，怎么能联动的跑起来看到效果，有种无从下手的感觉。其实Powerlink协议的使用挺简单，特别是对有Canopen协议使用经验的人来说。这里从整体上讲下powerlink协议使用的全貌，分享给更多感兴趣的小伙伴，共同参与进来完善Powerlink的生态。以下内容会不断完善补充和不定期更新。

以下围绕着Powerlink是什么，优点是什么，能用来干什么，如何来使用等方面来阐述，从全局上去看和把握。让新人能够少走弯路，更快的了解和上手powerlink协议的使用。

Powerlink简介

POWERLINK于2001年由贝加莱首先研发推出，最初的知识产权属干贝加莱。贝加莱和西门子类似，拥有全套的产品体系，本来的打算是和西门子一样，提供全套的硬件和软件解决方案。单问题是产品的客户群没有西门子广涉，后来又有“局”的therCat出现，所以POVERLTNK失去了垄断和封闭的基础。于是贝加莱在2009年放弃了POWERLINK的专利和知识产权，由此POWERLINK成为了一个和Linux一样的开源技术。

它是一种高效的工业以太网现场总线协议。Powerlink 对标准的以太网数据链路层进行了简单的修改，将 CSMA/CD 机制禁用，从而由主站完全控制网络上数据的收发过程，从而保证了严格的时间特性，实现实时通讯功能。Powerlink 的软件实现仅对传统的操作系统的网络驱动程序做修改，去掉基于中断的网络 IO 流程，仅保留网卡初始化以及收发函数。主站网络数据的发出是由高精度的时钟触发的，定时与从站进行 IO 操作。一般主从站直接采用主站轮询从站的形式来传送实时同步性的数据，在一个循环周期的后部分时间内来传送非实时要求的普通数据。
Powerlink 协议有很好的开放性，包括一个开源的软件和 FPGA 实现openPowerlink，并存在一个开源的 OpenConfigurator 软件来对整个网络进行配置，能够省却一部分代码上的开发工作，能够在网络运行时重新配置整个网络。
Powerlink 协议在应用层使用 CanOpen 协议，用户编程基本上是面对对象字典，PDO（过程数据对象）和 SDO（服务数据对象）及其映射关系的定义。对象与我们设备上的数据单元对应，比如一个 8bit 的输入数据，32bit 的长整形数据，以及字符串，时间，温度等等。一组数据对象则构成一个对象字典。PDO 是同步实时的数据对象，SDO 是异步非实时的。CanOpen 定义了一些工业自动化方面的设备规范，会详细描述某类设备应该支持哪种数据类型，索引以及子索引等信息。一般来说开发一个 powerlink 设备应该跟开发 CanOpen 设备一样去实现规范的定义。

Powerlink原理

Powerlink网络报文传输中为了避免冲突，并最大限度地利用带宽，设备之间的数据交换是基于时隙。powerlink网络中的一个设备叫做管理节点(MN），由其控制通信的功能，它定义了所有节点的同步的时钟脉冲，并分配给各个从设备传输的权利。其余节点叫做从设备控制节点（CN）。

powerlink周期被分为四个时间段（图）：

在这里插入图片描述

如果未对任何节点（包括MN）进行分配，则下一个POWERLINK短周期就会不等待任何超时而开始。
用于等时同步POWERLINK周期中的异步阶段的分配机制也应适用于POWERLINK短周期。

POWERLINK 的数据链路层是 POWERLINK 的核心，主要包括如下功能：

构建/解析数据桢、对数据桢定界、网络同步、数据桢收发顺序的控制。
传输过程中的流量控制、差错检测、对物理层的原始数据进行数据封装等。
实时通信的传输控制。
网络状态机。

在 POWERLINK 网络中，至少有一个设备做为主站（MN），其他的设备做为从站(CN)。

每个从站设备都有唯一的节点号（NodeId），该节点号是用来区分网络中的设备，取值范围为 1-239。主站设备（MN）的节点号为 240，主站的作用是为了为协调各个从站，合理分配总线使用权，避免冲突，实现实时通信。
POWERLINK 的实时通信机制：POWERLINK 有两种通信机制，基于请求/应答模式和基于定时主动上报模式（PRC 模式）。

通过使用集线器可以实现任何拓扑结构。由于基于只有一台设备发送的时间和没有发生碰撞的事实，集线器的数量不再受限制。从设计的角度来看，这是一个明显的优势，如果powerlink设备已经有一个集成的2端口集线器线结构可以方便地实现应用程序接口的以太网。powerlink V2是基于canopen通讯协议DS301的CAN定义的机制在自动化（EN50325-4）。这开辟了一个广泛的现成的，使用的设备和应用程序配置文件powerlink，canopen和powerlink系统之间实现通信服务的连续性，有利于在软件层面上来自canopen迁移到以太网powerlink。

Powerlink优点

1.开源免费，无论是开源的c代码还是VHDL实现代码都有提供，可供学习研究和商业应用。

2.方案灵活，对于实时性要求毫秒级别不是很高的场合，完全软件方案即可。对于要求微妙级的场合，则有FPGA方案可以替代。

3.性能极高，如果使用FPGA和千兆网卡，能够达到9us的循环周期。

4.实现了CANopen(CANopen是一个应用层协议，为应用程序提供了一个统一的接口，使得不同的设备与应用程序之间有统一的访问方式)。

5.在国内有良好的口碑和技术支持，有一些单位组织携手共建生态。

6.有利于创新和专利挖掘。基于开源的协议栈实现任何人都可以发表自己的研究成果。目前已有很多基于PowerLink协议的论文和发明专利。

7.成熟案例众多。

迈信基于PowerLink协议的400us,8轴伺服控制系统：

虽然现有can总线，485总线等各种总线技术，但是它们也都有优缺点。以下是powerlink的几种典型应用场景：

openPOWERLINK介绍

openPOWERLINK是POWERLINK协议栈的开源c代码实现，是一个平台独立的高度模块化实时通信方案，除之前支持的操作系统平台如Linux、Windows、VxWorks及FPGA从站等，新的2.0版本除原有支持ALETRA和 XILINX 外,新的方案也包括TI 的 Sitara 芯片的实现。

更多关于openPOWERLINK的介绍和源码，可以在Sourceforge获得:

openPOWERLINK :: openPOWERLINK

开发准备

开发流程概述

从站的开发

主站的开发

demo的使用

从站demo代码

主站demo代码

测试验证

代码流程分析

openCONFIGURATOR工具介绍

CANopen协议标准介绍

关于CIA301和CIA402标准

CANopen协议是基于CIA（CANopen协议国际协会）标准制定的，其中包括了很多子协议，其中最常用的两个子协议就是CIA 301和CIA 402。 CIA 301是CANopen协议中的基本协议，主要定义了CANopen网络的物理层和数据链路层以及对象字典。它定义了CAN总线的数据格式、帧格式、数据传输、命令和应答等内容，同时定义了对象字典的结构和规则。所有CANopen设备都必须遵循CIA 301标准。 CIA 402是运动控制的设备预置协议，定义了用于控制电机驱动器和位置控制的特定功能。它在CIA 301的基础上，增加了一些与运动控制相关的对象字典和操作码，并规定了一些针对运动控制设备的特殊要求。CIA 402定义了多种驱动器和执行器的控制方式，包括速度控制、位置控制、电流控制等多种控制模式，使得CANopen协议可以应用于广泛的自动化控制领域。综上所述，CIA 301是CANopen协议中的基本协议，它规定了所有CANopen设备必须遵循的基本规则，而CIA 402则是CANopen协议中的一个重要子协议，它定义了用于控制电机驱动器和位置控制的特定功能，使得CANopen协议可以应用于广泛的自动化控制领域。

遵守CIA（CANopen International Association）协议标准，以确保与网络中其他设备的兼容性和互操作性。这些标准定义了不同设备在网络中使用的格式、结构和通信协议，确保所有设备即使由不同制造商制造，也能够相互通信。如果想自定义数据和功能，除了CANopen协议提供了一个标准化的对象字典，用于定义设备的参数、配置和状态信息。还可以向字典中添加自定义对象，以定义您想要实现的功能。然而，在对网络进行任何修改之前，必须确保这些修改不违反CIA标准，且不会对网络中其他设备的兼容性或互操作性造成影响。

在 CANopen协议中，从基本的 CiA 301 规范开始，对于不同类型的CANopen 设备有不同的子协议，如下图。
1、CiA 301 series:基础协议
2、CiA 401 series: IO 设备
3、CiA 402 series:运动设备（包括伺服驱动器、逆变器、步进电机驱动器等）
4、CiA 421 series: Train vehicle control system 列车车辆控制系统
5、CiA 423 series: Diesel engine control system 柴油机控制系统
6、CiA 424 series: Door control system 门控制系统
7、CiA 426 series: Exterior light control system 外部灯控制系统
8、CiA 430 series: Auxiliary equipment control system 辅助设备控制系统
9、CiA 433 series: Interior light control system 内部灯控制系统

CiA301、CiA401、CiA402、CiA421、CiA423、CiA424、CiA426、CiA430、CiA433等众多子协议构成了CANopen协议。

其他的一些协议，建议参考CAN in Automation (CiA): Controller Area Network (CAN)

CAN 词典下载：https://www.can-cia.org/fileadmin/resources/documents/publications/can_dictionary_v9_cn

XDD文件介绍

在POWERLINK中，XDD文件是CANopen设备描述文件（Device Description File）的扩展，用于描述POWERLINK设备的对象字典结构、参数及其描述信息、设备厂商信息等。在POWERLINK中，XDD文件通常由设备制造商提供，开发人员需要从设备制造商处获取。

如何制作XDD文件

制作XDD文件的步骤：

1. 确定对象字典：根据设备的规格书或实际配置，确定设备的对象字典，并将其定义在XDD文件中。

2. 添加对象参数：在对象字典中定义对象、参数和其描述信息。可以指定参数的类型、单位、访问权限、默认值等。

3. 填写设备描述信息：添加设备描述信息，包括设备型号、厂商信息、设备版本号等。

4. 使用XML编辑器或CANopen工具箱进行编辑：使用合适的工具来编辑和创建XDD文件。

5. 验证和测试XDD文件：使用CANopen工具箱或其他工具进行验证和测试，确保XDD文件格式正确、无误。

以上为制作XDD文件的基本步骤。

总之，XDD文件是CANopen设备描述文件的扩展，POWERLINK中用于描述设备的对象字典结构、参数及其描述信息、厂商信息等。

XDD文件通常由设备制造商提供，如果你是开发者，也可以手动自己创建，或者使用工具方便创建。

制作XDD文件需要确定对象字典、填写参数和描述信息、添加设备描述信息等。可以使用各种现有的XML编辑器或CANopen工具箱来创建和编辑XDD文件，并使用工具进行验证和测试。使用openCONFIGURATOR工具，创建工程会提供加载一个默认的xdd文件，可以拿来手工修改。如果嫌手工修改麻烦，可以使用工具。可以使用第三方工具进行编辑，例如CANopen Magic、CANeds等。这些工具都支持CANopen的信息和参数描述，可以方便地编辑和管理XDD描述文件caneds3.6.92工具下载：

制作XDD文件工具介绍

对于前几代的POWERLINK设备来说，基于CANopen的EDS文件尽管已经能够满足需求，XDD已成为当前标准化的文件。port公司基于CAN-和Ethernet-现场总线系统专家，如今可以提供由Windows 和 Linux操作系统设计的专用配置工具，这样可以大大方便XDD文件的生成。

但无奈就这些工具竟还都是收费的。其他工具介绍：工具套件

在CAN/CANopen产品开发过程中，配置对象字典是十分重要的一环。用户需要对CANopen协议足够了解，知道设备中可能的变量和传输类型。还要保证在设计过程中不违背CANopen协议的相关定义，在设计对象字典过程中往往耗时较长、容易犯错，或与预期不符而返工，或需要设计多种功能而多次重复工作。配置对象字典时，需要一个专业的、高效的CANopen设计工具，CANopen DeviceDesigner不仅可以帮助设计，还根据对象字典生成适用于emotas协议栈对象字典定义部分的代码。