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P&T - GPS - TrainingPhW - CANopen_lev2_fr 06/ 2004
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CANopenCANopen
Chapitre 1 : Historique
Chapitre 2 : Couche physique
Chapitre 3 : Couche liaison
Chapitre 4 : Couche application
Chapitre 5 : Résumé caractéristiques principales
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CANopenCANopen
Chapitre 1 : Historique
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Chapitre 1 : HistoriqueChapitre 1 : Historique
HistoriqueHistorique
1980-1983 : Création de CAN à l ’initiative de l ’équipementier allemand BOSCH pour répondre à un besoin de l ’industrie automobile.
CAN ne définit qu ’une partie des couches 1 et 2 du modèle ISO.
1983-1987 :
Prix des drivers et micro-contrôleurs intégrant CAN très attractifs car gros volume consommé par l ’automobile
1991 :
Naissance du CIA = CAN in Automation : http://www.can-cia.de/ pour promouvoir les applications industrielles
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Chapitre 1 : HistoriqueChapitre 1 : Historique
HistoriqueHistorique
1995 :
Publication par le CiA du profil de communication DS-301 : CANopen
2001 :
Publication par le CIA de la DS-304 permettant d ’intégrer des composants
de sécurité de niveau 4 sur un bus CANopen standard (CANsafe).
1993 :
Publication par le CiA des spécifications CAL = CAN Application Layer qui décrit des mécanismes de transmission sans préciser quand et comment les utiliser.
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CANopen a été bâti chronologiquement à partir de plusieurs spécifications :
• CAN 2.0 A et B (origine Robert BOSCH)
Définit précisément la couche liaison et une partie de la couche physique
• CAL = CAN Application Layer (CiA) :
Fournit des outils permettant de développer une application utilisant CAN sans mode d ’emploi + précisions sur la couche physique
• CANopen (CiA) :
Définit quels outils CAL utiliser et comment.
Garantit l ’interopérabilité des produits par la description de profiles.
Les spécifications de référenceLes spécifications de référence
Chapitre 1 : Historique
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CiA DS-301 = Communication profile
Non implémentée
Non implémentée
Non implémentée
Non implémentée
CAN 2.0 A et B + ISO 11898
CAN 2.0 A et B + ISO 11898
ISO 11898 + DS-102 + DRP-301-1
Device ProfileCiA DS-401I/O modules
Device ProfileCiA DS-402
Drives
Device ProfileCiA DS-404
Measuring devices
Device ProfileCiA DS-4xx
CAL= CAN Application Layer APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
RESEAU
LIAISON = LLC + MAC
PHYSIQUE
7
6
5
4
3
2
1
CANopen et le modèle ISO
CANopen et le modèle ISO
Chapitre 1 : Historique
Sp
éc
ific
ati
on
s C
AN
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CANopenCANopen
Partie 1 : Caractéristiques du médium
Partie 2 : Connectiques recommandées
Chapitre 2 : Couche physique
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CiA DS-301 = Communication profile
Non implémentée
Non implémentée
Non implémentée
Non implémentée
CAN 2.0 A et B + ISO 11898
CAN 2.0 A et B + ISO 11898
ISO 11898 + DS-102 + DRP-301-1
Device ProfileCiA DS-401I/O modules
Device ProfileCiA DS-402
Drives
Device ProfileCiA DS-404
Measuring devices
Device ProfileCiA DS-4xx
CAL= CAN Application Layer APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
RESEAU
LIAISON = LLC + MAC
PHYSIQUE
7
6
5
4
3
2
1
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Couche physiquede CANopen
Couche physiquede CANopen
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Paire différentielle torsadée : 1 paire si CAN-H / CAN-L
2 paires si CAN-H / CAN-L + alim.
Impédance caractéristique de ligne : 120 ohms nominal
Terminaisons de ligne : 120 ohms à chaque extrémités
Résistance du fil : 70 milli-ohms / mètre nominal
Temps de propagation : 5 ns / mètre nominal
Topologie : Type bus avec dérivations les plus courtes possibles
Description du médiumDescription du médium
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
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Débit - longueur du bus - section câble pour 32 stations maximumDébit - longueur du bus - section câble pour 32 stations maximum
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Débit Longueur du bus Section câbles
1 Mbit/s 25 m 0,25 mm2 AWG 23
800 Kbit/s 50 m 0,34 mm2 AWG 22
500 Kbit/s 100 m 0,34 mm2 AWG 22
250 Kbit/s 250 m 0,34 mm2 AWG 22
125 Kbit/s 500 m 0,5 mm2 AWG 20
50 Kbit/s 1000 m 0,75 mm2 AWG 18
20 Kbit/s 1000 m 0,75 mm2 AWG 18
10 Kbit/s 1000 m 0,75 mm2 AWG 18
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Débit - longueur du bus - section câble pour 100 stations maximumDébit - longueur du bus - section câble pour 100 stations maximum
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
Débit Longueur du bus Section câbles
1 Mbit/s 25 m 0,34 mm2 AWG 22
800 Kbit/s 50 m 0,6 mm2 AWG 20
500 Kbit/s 100 m 0,6 mm2 AWG 20
250 Kbit/s 250 m 0,6 mm2 AWG 20
125 Kbit/s 500 m 0,75 mm2 AWG 18
50 Kbit/s 1000 m 1 mm2 AWG 17
20 Kbit/s 1000 m 1 mm2 AWG 17
10 Kbit/s 1000 m 1 mm2 AWG 17
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Le CiA préconise dans sa recommandation DR-303-1 une liste de connecteurs classée en 3 catégories.
Usage généralSUB D 9 points connector DIN 41652, connecteur multipole (cable plat vers SUB-D 9pts), RJ10, et RJ45
Usage industrielMini Style 5 pins, Micro Style 5pins, Open Style
Usage particulierConnecteur rond 7 points, connecteur rond 8 points, connecteur rond 9 points, connecteur rond 12 points, Hand Brid Harting.
Connectiques recommandéesConnectiques recommandées
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
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Pin Signal Description :1 : Reserved
2 : CAN_L = CAN_L bus line dominant low
3 : CAN_GND = CAN Ground
4 : Reserved
5 : (CAN_SHLD) Optional CAN Shield
6 : (GND) Optional Ground
7 : CAN_H = CAN_H bus line dominant high
8 : Reserved
9 : (CAN_V+) Optional CAN external positive supply
Connecteur SUB D 9 points DIN 41652Connecteur SUB D 9 points DIN 41652
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Mâle coté produit
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Connecteur RJ45Connecteur RJ45
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Pin Signal Description
1: CAN_H = CAN_H bus line (dominant high)
2: CAN_L = CAN_L bus line (dominant low)
3: CAN_GND = Ground / 0 V / V-
4: Reserved
5: Reserved
6: (CAN_SHLD) = Optional CAN Shield
7: CAN_GND = Ground / 0 V / V-
8 (CAN_V+) = Optional CAN external positive supply
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Pin Signal Description :
1 : (CAN_SHLD) = Optional CAN Shield
2 : (CAN_V+) = Optional CAN external positive supply
3 : CAN_GND = Ground / 0V / V-
4 : CAN_H = CAN_H bus line (dominant high)
5 : CAN_L = CAN_L bus line (dominant low)
Connecteur 5-pin Mini Style : 7/8Connecteur 5-pin Mini Style : 7/8
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Mâle coté produit
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Pin Signal Description :
1 : CAN_GND = Ground / 0 V / V-
2 : CAN_L = CAN_L bus line (dominant low)
3 : (CAN_SHLD) = Optional CAN Shield
4 : CAN_H = CAN_H bus line (dominant high)
5 : (CAN_V+) = Optional CAN external positive supply
Connecteur Open StyleConnecteur Open Style
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Mâle coté produit
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Fournisseurs recommandésFournisseurs recommandés
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 2 : Connectiques recommandées
Câbles
- U.I.LAPP GmbHSchultze-Delitsch-Str. 25D-70565 Stuttgart Germany
http://www.lappcable.com
Connecteurs- ERNI Elektroapparate GmbH
Seestrasse 9 D-73099 Adelberg Germany
- ERNI Connectique S.a.r.l, France27 bis, avenue des Sources / CP 638 F-69258 LYON Cedex 09,
http://connect.erni.com/
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CANopenCANopen
Partie 1 : Format des trames
Partie 2 : La sécurisation des échanges
Chapitre 3 : Couche liaison
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La spécification CAN V2.0 comprend 2 versions : CAN 2.0.A et CAN 2.0.B
CAN 2.0.A correspond au format de trame standard avec un identifieur codé sur 11 bits est utilisé par CANopen et la plupart des couches applicatives.
CAN 2.0.B correspond au format de trame étendue avec un identifieur codé sur 29 bits est peu utilisé.
CAN 2.0.A et CAN 2.0.BCAN 2.0.A et CAN 2.0.B
Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
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Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
Séquence deCRC
Début de trame SOF
Indentifieur
Bit RTR RemoteTransmission
Request
Champ dedonnées
Délimit.CRC
Structure de la trame CAN 2.0.AStructure de la trame CAN 2.0.AStructure de la trame CAN 2.0.AStructure de la trame CAN 2.0.A
SlotACK
1 11 6 0 à 64 15 71 111
Délimit.ACK
Fin detrameEOF
Champd ’arbitrage
Champ decommande :compatibilitéet longueur
Taille de la trame sans bit stuffing : 47 à 111 bits
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Bits dominants et bits récessifsBits dominants et bits récessifs
Chapitre 2 : Couche physique - Partie 1 : Caractéristiques du médium
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0SO
FS
OF
RT
RR
TR ControlControl
fieldfield
IdentifierIdentifier
Station 1Station 1
Station 2Station 2
Station 3Station 3
DD
RR
S1S1 S2S2 S3S3
Station 2perd l ’arbitrage
Station 1perd l ’arbitrage
BusBus
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Data Frame : ces trames transportent des données d ’un producteur vers des consommateurs sans garantie de traitement.
Remote Frame : ces trames de polling sont émises par un maître vers des esclaves pour requérir la transmission d ’une trame de données.(utilisé pour le Node Guarding ou pour la transmission des PDOs configurés en polling ).
Error Frame : ces trames sont transmises lorsqu ’une station détecte une erreur de transmission sur le bus.
Overload Frame : ces trames sont émises pour demander un laps de temps supplémentaire entre des trames (de données ou de requête) successives.
Les 4 types de trames CANLes 4 types de trames CAN
Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
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Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
SOF IDENT RTR CTR DATA CRC ACK EOF
1D
Data Frame CAN V2.0 AData Frame CAN V2.0 AData Frame CAN V2.0 AData Frame CAN V2.0 A
0 à 64X 1X+1R5X+1R6X11X 1D 7R
SOF IDENT RTR CTR DATA CRC ACK EOF
1D
Remote Frame CAN V2.0 ARemote Frame CAN V2.0 ARemote Frame CAN V2.0 ARemote Frame CAN V2.0 A
0 à 64X 1X+1R5X+1R6X11X 7R1R
Trame de données
Trame de requête
Intertrame
3R
Intertrame
3R
Un trame de donnée (Data frame) est prioritaire par rapport à une trame de requête (Remote frame).
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Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 1 : Format des trames
ERROR FLAG ERROR DELIMITER
Error FrameError FrameError FrameError Frame
ACTIVE ERROR FLAG : 6D 8R
Trame en cours de diffusion
Erreur détectée
PASSIVE ERROR FLAG : 6R
OVERLOAD FLAG OVERLOAD DELIMITER
Overload FrameOverload FrameOverload FrameOverload Frame
6D 8R
Trame précédente
EOF ou ERROR DELIMITER
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Au niveau du bit : lors de la transmission de 5 bits identiques il est introduit volontairement un bit supplémentaire dit de « stuffing » de valeur opposée. Ce bit est testé et éliminé par le récepteur.
Au niveau de la structure des trames, des délimiteurs : CRC Delimiter, ACK Delimiter, End of Frame, Error Delimiter, Overload Delimiter sont intégrés pour permettre la vérification de la structure.
Au niveau de la validité du contenu : une séquence de CRC permet aux récepteurs de vérifier la cohérence des données reçues.
ACK slot : cette fenêtre permet à l ’émetteur de savoir que son message a bien été reçu par au moins une station (bit dominant).
Les mécanismes de sécurisationLes mécanismes de sécurisation
Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 2 : La sécurisation des échanges
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Chaque noeud comporte obligatoirement deux compteurs :
TEC Transmit Error Counter, et REC Receive Error Counter.
Ces compteurs s ’incrémentent et se décrémentent en utilisant un mécanisme de pondération sophistiqué gravé dans le silicium.
Suivant la valeur de ces compteurs, le nœud se trouve dans un des 3 états suivant :
Erreurs actives
Erreurs passives
Bus OFF (driver d ’émission déconnecté du bus).
Compteurs d ’erreursCompteurs d ’erreurs
Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 2 : La sécurisation des échanges
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Diapositive 27 / 69
Valeur des compteurs / état du noeudValeur des compteurs / état du noeud
Chapitre 3 : Couche liaison - Partie 2 : La sécurisation des échanges
Erreurs actives
Erreurs passives
Bus OFF
Reset et configuration
REC > 127ou TEC > 127
REC < 128et TEC < 128
TEC > 255
128 occurrences de 11 bits récessifs consécutifs (fin de
trames sans erreurs)
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Diapositive 28 / 69
CANopenCANopen
Partie 1 : Concepts de base de CANopen
Partie 2 : Objets et services CANopen
Chapitre 4 : Couche application
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CiA DS-301 = Communication profile
Non implémentée
Non implémentée
Non implémentée
Non implémentée
CAN 2.0 A et B + ISO 11898
CAN 2.0 A et B = ISO 11898-1 et 2
ISO 11898 + DS-102
Device ProfileCiA DS-401I/O modules
Device ProfileCiA DS-402
Drives
Device ProfileCiA DS-404
Measuring devices
Device ProfileCiA DS-4xx
CAL= CAN Application Layer APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
RESEAU
LIAISON = LLC + MAC
PHYSIQUE
7
6
5
4
3
2
1
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen
CANopen s ’appuie sur CAL
CANopen s ’appuie sur CAL
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Diapositive 30 / 69
CANopen définit :
comment les données sont transmises :
Profil communication DS-301 commun à tous les produits
Définit entre autre l ’allocation des identifieurs COB-ID pour chaque type de message.
quelles données sont transmises :
Profils produits DS-4xx propre à chaque famille de produit
(E/S TOR, E/S analogique, variateurs de vitesse, encodeurs…)
La description des ces fonctionnalités s’effectue par l ’intermédiaire d ’un
dictionnaire d ’objet Device Object Dictionnary (OD).
Couche applicationCouche application
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen
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Diapositive 31 / 69
Le dictionnaire d ’objet OD est un groupement ordonné d ’objets accessibles par :
un index de 16 bitset éventuellement un sub-index sur 8 bits
Il décrit l ’ensemble des fonctionnalités du produit.
Cette description se matérialise par un fichier EDS : Electronic Data Sheet.
de format ASCII respectant une syntaxe stricte et exploitable par les logiciels de configuration du bus (Sycon etc…)
Object Dictionary = ODObject Dictionary = OD
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen
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Structure du « Object Dictionary »Structure du « Object Dictionary »
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen
Index Objects Description
0x0000 Reserved
0x0001 – 0x009F Data Types Area Définit les différents types de variablesutilisées : octets, mots, doubles mots,signés, non signés etc…
0x00A0 – 0x0FFF Reserved
0x1000 – 0x1FFF Communication profile Area Décrit les objets liés à la communication
0x2000 – 0x5FFF Manufacturer Specific Profile Area Décrit les objets ‘’métier’’ spécifiques aufabriquant.
0x6000 – 0x9FFF Standardised Device Profile Area Décrit les objets ‘’métiers’’ standardiséspar le CiA..
0xA000 – 0xFFFF Reserved
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Diapositive 33 / 69
Le profil de communication DS-301 :
Décrit la structure générale de l ’OD, et des objets se trouvant dans la zone « Communication profile area » : index 1000 à 1FFF.
Il s’applique à tous les produits CANopen.
Les profils équipements DS-4xx :
Décrivent pour les differents types de produit (modules E/S TOR, E/S analogiques, variateurs, appareil de mesures) les différents objets associés.
Objets standardisés : Index 6000 à 9FFF
Objets spécifiques : Index 2000 à 5FFF
Certains objets sont obligatoires, d ’autres optionnels. Ils sont accessibles soit en lecture, soit en lecture et écriture.
Profils CANopenProfils CANopen
Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen
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Chapitre 4 : Couche application - Partie 1 : Concepts de base de CANopen
Extrait du fichier EDS CANopen ATV58Extrait du fichier EDS CANopen ATV58Extrait du fichier EDS CANopen ATV58Extrait du fichier EDS CANopen ATV58
[FileInfo]
FileName=A58_F.eds
FileVersion=1
FileRevision=2
Description=Carte Option ATV58
CreationTime=00:00AM
CreationDate=12-05-2000
CreatedBy=Marie-Annick Menanteau, Schneider Electric
[DeviceInfo]
VendorName=Schneider Electric
ProductName=ATV58_F
ProductVersion=1
ProductRevision=1
BaudRate_10=0
BaudRate_20=0
BaudRate_50=0
BaudRate_100=0
BaudRate_125=1
BaudRate_250=1
BaudRate_500=1
BaudRate_800=0
BaudRate_1000=1
Granularity=0x8
VendorNumber=0x0200005a
ProductNumber=0
SimpleBootUpMaster=0
ExtendedBootUpMaster=0
SimpleBootUpSlave=1
ExtendedBootupSlave=0….
[Comments]
Lines=6
Line1=Used profile: 402
Line2=Manufacturer device name: VW3A58306
Line3=Hardware version: 1.0
Line4=Software version: 1.0
Line6= This is the EDS file for the CANopen Schneider Electric ATV58 drive module CAN Communication Adapter
[MandatoryObjects]
SupportedObjects=12
1=0x1000
2=0x1001
3=0x6040
4=0x6041
5=0x6042
6=0x6043
7=0x6044
8=0x6046
9=0x6048
10=0x6049
11=0x6060
12=0x6061
[1000]
ParameterName=Device Type
ObjectType=7
DataType=0x0007
AccessType=RO
DefaultValue=0x10192
PDOMapping=0
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Diapositive 35 / 69
Profil de communication CANopen DS-301Profil de communication CANopen DS-301
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Le profil de communication CANopen définit 4 fonctions standardisés :
1 . Administration du réseau : démarrage du bus, affectation des identifieurs, paramétrage, et surveillance NMT = Network ManagemenT (modèle maître-esclave)
2 . Transmission rapide des données de process (<= 8octets) :
PDO = Process Data Object (modèle producteur-consommateur)
3 . - Transmission de données de paramétrage (peuvent être > 8 octets par segmentation) sans contrainte de temps :
SDO = Service Data Object (modèle client-serveur)
4 . Messages prédéfinis pour gérer les synchronisation, références temporelles, erreurs fatales : SFO = Special Function Object
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Diapositive 36 / 69
Transitions effectuées par le maître NMT : Types d ’objet de communication autorisés :
1: Start_Remote_Node a. NMT
2: Stop_Remote_Node b. Node Guard
3: Enter_Pre-Operational_State c. SDO
4: Reset_Node d. EMCY
5: Reset_Communication e. PDO.
6: Initialisation du nœud terminée
Administration du réseau : NMTAdministration du réseau : NMT
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Diagramme d ’état correspondant au « CANopen minimum boot-up » *
(service obligatoire)
Démarrage du busDémarrage du bus
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Diapositive 37 / 69
Allocation des identifieursAllocation des identifieurs
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
L ’allocation des identifieurs peut s ’effectuer par 3 méthodes :
En utilisant l’allocation par défaut : CANopen Predefined Set
Cette allocation par défaut est obligatoire et disponible dans l ’état Pre-Opérational.
Elle permet de réduire la phase de configuration du réseau
Les données de process sont échangées entre le manager du bus et les esclaves
Defini uniquement pour les 4 premiers PDOs : PDO1 à PDO4
Par application dans la l ’état Pre-Operational :
Obligatoire pour les PDOs supérieurs à PDO4, ou pour le “PDO linking” (direct
exchanges between slaves)
Par application dans la l ’état Pre-Operational :
Ecriture dans les objets correspondant du dictionnaire par service SDO
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Diapositive 38 / 69
Dans le but de réduire la phase de configuration du réseau un système obligatoire d ’allocation des identifieurs par défaut est défini.
Cette allocation est effective dans l ’état « Pre operational » juste après la phase d ’initialisation.
Elle est basée sur un partage de l ’identifieur COB-ID en 2 parties :
Function code permet le codage de 2 PDO en réception, 2 PDO en émission, 1 SDO, 1 EMCY object, 1 Node Guardind Identifier, 1 SYNC object, 1 Time Stamp obect.
Node ID correspond à l ’adresse du produit codée par exemple par des DIP switchs.
Allocation par défaut des identifieursAllocation par défaut des identifieurs
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Function Code Node ID
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Diapositive 39 / 69
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Objets en diffusion général
Objet Function Code Bin COB-ID Hex COB-ID DecNMT 0000 0x000 0
SYNC 0001 0x080 128
TIME STAMP 0010 0x100 256
Objets en diffusion point à point
Objet Function Code Bin COB-ID Hex COB-ID DecEmergency 0001 0x081à 0x0FF 129 à 255
PDO 1 en émission 0011 0x181 à 0x1FF 385 à 511
PDO 1 en réception 0100 0x201 à 0x27F 513 à 639
PDO 2 en émission 0101 0x281 à 0x2FF 641 à 767
PDO 2 en réception 0110 0x301 à 0x37F 769 à 895
PDO 3 en émission 0111 0x381 à 0x3FF 897 à 1023
PDO 3 en réception 1000 0x401 à 0x47F 1025 à 1151
PDO 4 en émission 1001 0x481 à 0x4FF 1153 à 1279
PDO 4 en réception 1010 0x501 à 0x57F 1281 à 1407
SDO en seveur 1011 0x581 à 0x5FF 1409 à 1535
SDO en client 1100 0x601 à 0x67F 1537 à 1663
NODE GUARD 1110 0x701 à 0x77F 1793 à 1919
Allocation par défaut des identifieursAllocation par défaut des identifieurs
L ’allocation par défaut des identifieurs n ’est utilisable que pour les
produits utilisantles 4 premiers PDO(Le cinquième PDO recouvre la zone
réservée aux SDO)
10
24
id
en
tifi
eu
rsm
ax
imu
m
r és
ers
vé
s p
ou
r le
s P
DO
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Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
RxPDO_1_SL1RxPDO_2_SL1RxPDO_1_SL2RxPDO_2_SL2RxPDO_1_SL3RxPDO_2_SL3
TxPDO_1_SL1TxPDO_2_SL1TxPDO_1_SL2TxPDO_2_SL2TxPDO_1_SL3TxPDO_2_SL3
TxPDO_1_SL1TxPDO_2_SL1
RxPDO_1_SL1RxPDO_2_SL1
TxPDO_1_SL2TxPDO_2_SL2
RxPDO_1_SL2RxPDO_2_SL2
TxPDO_1_SL3TxPDO_2_SL3
RxPDO_1_SL3RxPDO_2_SL3
MasterMaster
Esclave 1Esclave 1
Esclave 2Esclave 2
Esclave 3Esclave 3
Tous les nœuds (esclaves)
communiquent avecune station centale
(maître)
Allocation par défaut des identifieursAllocation par défaut des identifieurs
En
tré
esE
ntr
ées
So
rtie
sS
ort
ies
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Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Modification de l ’allocation par défautModification de l ’allocation par défaut
TxPDO_1_PXTxPDO_2_PX
RxPDO_1_PXRxPDO_2_PX
TxPDO_1_PYTxPDO_2_PY
RxPDO_1_PYRxPDO_2_PYRxPDO_3_PY
TxPDO_1_PZTxPDO_2_PZ
RxPDO_1_PZRxPDO_2_PZRxPDO_3_PZ
Produit XProduit X
Produit YProduit Y Produit ZProduit Z
Permet d ’échangerdes données directement sans passer par le maître
(PDO linking).
Utilisation du concept producteur-consommateur.
Exemple : Commande d ’axes
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Ces services sont utilisés pour la transmission de données de process de faible taille (<= 8octets) en temps réel.
Ils permettent à un équipement producteur de mettre à disposition d ’un ou plusieurs consommateurs une variable de taille maximum 64 bits sans overhead.
Ce service n ’est pas confirmé.
Les Process Data Objects = PDOProcess Data Objects = PDOLes Process Data Objects = PDOProcess Data Objects = PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Chaque PDO en émission ou réception est décrit par 2 objets dans le dictionnaire d ’object :
PDO Communication Parameter indique comment est transmis ou reçu
le PDO : Le COB-ID utilisé Le mode de transmission/réception utilisé Pour les PDO en émission, le temps minimum entre 2 messages
(inhibit time)
PDO Mapping Parameter indique quelles données sont transportées : La liste des objets du dictionnaire d ’objet OD La taille de chaque objet
Description des PDO PDODescription des PDO PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Objets TxPDO Communication parameterObjets TxPDO Communication parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
PDO en émission : Index 0x1800 à 0x19FFPDO en émission : Index 0x1800 à 0x19FF
IndexSub-Index
Nom FormatValeur par
défautDescription
0 Nombred’éléments Octet 3 Nombre d’éléments suivant
1 COB-IDDouble
mot
Fonction dunuméro dePDO et du
node ID
11 bits de poids faibble = COB-IDBit 31 = indique si PDO actif ou nonBit 30 = Indique si accès par Remote frameest supporté ou pas.
2 Transmissiontype Octet
Dépend duproduit
Décrit comment est transmis le PDO :synchrone ou asynchrone, sur changementd’état, cycliquement, sur polling…
0x1800à
0x19FF
3 Inhibit time Mot 0 Temps minimum entre 2 transmission dumême PDO (occupation bande passante)
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Objets TxPDO Mapping parameterObjets TxPDO Mapping parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
PDO en émission : Index 0x1A00 à 0x1BFFPDO en émission : Index 0x1A00 à 0x1BFF
IndexSub-Index
Nom FormatValeur par
défautDescription
0 Nombred’éléments Octet
Dépend duproduit
Nombre d’objets mappés
11er objetmappé
Doublemot
Dépend duproduit
Byte 3 et 2 (octets poids fort) = IndexByte 1 = Sub-IndexByte 0 = Longueur en bitsExemple : 0x64010110
2 2ème objetmappé
Doublemot
Dépend duproduit
Byte 3 et 2 (octets poids fort) = IndexByte 1 = Sub-IndexByte 0 = Longueur en bitsExemple : 0x64010210
… … … … …
0x1A00à
0x1BFF
8 8ème objetmappé
Doublemot
0 Idem ci-dessus
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Objets RxPDO Communication parameterObjets RxPDO Communication parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
PDO en réception : Index 0x1400 à 0x15FFPDO en réception : Index 0x1400 à 0x15FF
IndexSub-Index
Nom FormatValeur par
défautDescription
0 Nombred’éléments Octet 2 Nombre d’éléments suivant
1 COB-IDDouble
mot
Fonction dunuméro dePDO et du
node ID
11 bits de poids faibble = COB-IDBit 31 = indique si PDO actif ou nonBit 30 = Indique si accès par Remote frameest supporté ou pas.
0x1400à
0x15FF
2 Transmissiontype Octet
Dépend duproduit
Décrit comment est traité le PDO reçu.
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Objets RxPDO Mapping parameterObjets RxPDO Mapping parameter
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
PDO en réception : Index 0x1600 à 0x17FFPDO en réception : Index 0x1600 à 0x17FF
IndexSub-Index
Nom FormatValeur par
défautDescription
0 Nombred’éléments Octet
Dépend duproduit
Nombre d’objets mappés
11er objetmappé
Doublemot
Dépend duproduit
Byte 3 et 2 (octets poids fort) = IndexByte 1 = Sub-IndexByte 0 = Longueur en bitsExemple : 0x62000108
2 2ème objetmappé
Doublemot
Dépend duproduit
Byte 3 et 2 (octets poids fort) = IndexByte 1 = Sub-IndexByte 0 = Longueur en bitsExemple : 0x62000208
… … … … …
0x1600à
0x17FF
8 8ème objetmappé
Doublemot
0 Idem ci-dessus
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Synchrone : par réception d ’un message SYNC
Acyclique : - la transmission est pré-déclenchée par l ’occurrence d ’un événement
dans l’équipement
- la transmission est pré-déclenchée par une « Remote request » (polling)
Cyclique : - la transmission est déclenchée périodiquement après chaque 1, 2 ou jusqu ’à 240 messages SYNC
Mode de transmission des PDOMode de transmission des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Asynchrone :
- la transmission est déclenchée par l ’occurrence d ’un événement dans le profil de l ’équipement
- la transmission est déclenchée par une « Remote request»
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Transmission synchrone acyclique des PDOTransmission synchrone acyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Evénementproduit X
SYNC SYNC SYNC SYNC
TxPDO_PX
SYNC SYNC SYNC SYNC
TxPDO_PX
Remoterequest vers
produit X
Sur réception d ’une Remote Request (polling) - Transmission type = 252Sur réception d ’une Remote Request (polling) - Transmission type = 252
Sur événement - Transmission type = 0Sur événement - Transmission type = 0
SYNC
SYNC
TxPDO_PX
Remoterequest vers
produit X
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Diapositive 50 / 69
Transmission synchrone cyclique des PDOTransmission synchrone cyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
SYNC
SYNC SYNC SYNC
TxPDO_PX
Cyclique sur n signaux de synchro - Transmission type = 1 à 240 (nombre de message SYNC)Cyclique sur n signaux de synchro - Transmission type = 1 à 240 (nombre de message SYNC)
SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC
TxPDO_PXTxPDO_PX
Exemple si n = 3 Exemple si n = 3
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Diapositive 51 / 69
Transmission asynchrone des PDOTransmission asynchrone des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Evénementproduit X
TxPDO_PX
TxPDO_PX
Sur réception d ’une Remote Request (polling) - Transmission type = 253Sur réception d ’une Remote Request (polling) - Transmission type = 253
Sur événement - Transmission type=254 événement spécifique, 255 événement défini dans profil Sur événement - Transmission type=254 événement spécifique, 255 événement défini dans profil
TxPDO_PX
SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC
SYNC SYNC SYNC SYNC SYNCRemoterequest vers
produit X
Remoterequest vers
produit X
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Diapositive 52 / 69
Transmission des PDO : Inhibit timeTransmission des PDO : Inhibit time
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Pour garantir que des objets ayant un niveau faible de priorité puisse être transmis, il est possible d ’affecter un temps minimum entre 2 transmission d ’un même PDO.
Cette valeur est renseignée dans le paramètre « Inhibit time » des objets TxPDO communication parameters index 0x1800 à 0x19FF.
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Diapositive 53 / 69
Réception synchrone acyclique des PDORéception synchrone acyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
SYNC SYNC SYNC SYNC
Rx_PDO_PX
Sur événement - Transmission type = 0Sur événement - Transmission type = 0
SYNC
Prise en compte du PDO reçu
Tx_PDO_PX
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Diapositive 54 / 69
Réception synchrone cyclique des PDORéception synchrone cyclique des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
SYNC
SYNC SYNC SYNC
RxPDO_PX
Cyclique sur n signaux de synchro - Transmission type = 1 à 240Cyclique sur n signaux de synchro - Transmission type = 1 à 240
SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC SYNC
T_PDO_PXT_PDO_PX
RxPDO_PX
Exemple si n = 3 Exemple si n = 3
Prise en compte du PDO reçu
Prise en compte du PDO reçu
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Diapositive 55 / 69
Réception asynchrone des PDORéception asynchrone des PDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
Sur événement - Transmission type=254Sur événement - Transmission type=254
SYNC SYNC SYNC SYNC SYNCRxPDO_PX
Prise en compte du PDO reçu
T_PDO_PX
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Diapositive 56 / 69
Ces services sont utilisés pour la transmission en point à point de données de paramétrage n ’ayant pas de contraintes de temps.
Ils permettent à un équipement client (manager du bus) d ’accéder au dictionnaire d ’objets d ’un équipement serveur (stations 1 à 127) en écriture ou en lecture en l ’adressant par son Index et Sub-index.
La taille des données peut dépasser 8 octets, dans ce cas un système de segmentation des données est activé.
Le résultat d ’une écriture ou d ’une lecture est confirmé par une réponse.
Un échange SDO requiert 2 COB-ID : un pour la requête, l ’autre pour la réponse.
Les Service Data Objects = SDOService Data Objects = SDOLes Service Data Objects = SDOService Data Objects = SDO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 57 / 69
SYNC = Synchronization Object :
Cet objets est utilisé pour synchroniser l ’acquisition de données d’entrées, ou la mise à jour de de données en sorties (commande d ’axes par exemple).
Le manager du bus émet le message SYNC à une période communication (cycle period) définie lors de la configuration.
Les Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFOLes Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 58 / 69
Time Stamp Object :
L ’objet Time-Stamp fournit une référence de temps commune à tous les stations.
Ce temps est codé sur 6 octets et représente un temps absolu en ms à partir du 1er janvier 1984.Il permet de synchroniser l ’horloge locale de toutes les stations.
Les Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFOLes Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 59 / 69
EMCY Object :
Les objets EMCY sont utilisés pour transmettre des défauts applicatifs associés à chaque station (courant, tension, température, etc…)
Les Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFOLes Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 60 / 69
2 mécanismes permettent de surveiller l ’état des stations présentes sur le bus.
Le Node guarding
Fonctionne suivant le concept maître esclave (polling) permet au manager du bus de demander (Remote request) l ’état de chaque station à une période définie par configuration.
Le Heartbeat
Fonctionne suivant le concept producteur consommateur.
L ’état de la station est produit cycliquement à une période définie par configuration.
Ce mécanisme nouvellement spécifié remplace le node guarding sur les nouveaux produits (meilleurs utilisation de la bande passante).
Les Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFOLes Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 61 / 69
Node guard Object :
Le maitre NMT surveille l ’état des esclaves connectés sur le bus en émettant périodiquement (Guard time) une remote frame Node guard object à chaque esclave.
Dès réception ,l ’esclave répond au maître.
Les esclaves peuvent optionnellement surveiller le maître NMT : Life guarding.
Life Time = Guard Time x Life Time Factor
Si pendant un temps égal au Life Time un esclave ne reçoit pas de polling, il génère un événement « Life guarding », passe en défaut communication et envoie un objet EMCY.
Les Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFOLes Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 62 / 69
Node guard Object :
Le maitre NMT scrute régulièrement l ’état de chacun des esclaves par une Remote Frame et les compare aux valeurs précédentes enregistrées dans une table.
Si une différence est détectée, l ’information est remontée à l ’application par l ’événement « Network Event ».
Les Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFOLes Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 63 / 69
Heartbeat :
La fonction Heartbeat nouvellement spécifiée permet d ’économiser la bande passante par rapport au node guarding.
Le producteur de Heartbeat transmet le message Heartbeat suivant une période définie dans l ’objet « Heartbeat Producer Time ».
Le consommateur de Heartbeat vérifie qu ’il reçoit le message Heartbeat dans la fenêtre de temps défini dans l ’objet « Heartbeat Consumer Time ».
Les Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFOLes Special Function Objects = SFOSpecial Function Objects = SFO
Chapitre 4 : Couche application - Partie 2 : Objets et services CANopen
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Diapositive 64 / 69
CANopenCANopen
Chapitre 5 : Résumé des caractéristiques principales
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Diapositive 65 / 69
Medium : Paire torsadée blindée2 ou 4 fils (si alimentation)
Topologie : Type bus
Avec dérivations courtes et résistance fin de ligne
Distance maximum : 1000 m
Débit : 9 débits possibles de 10 Kbit/s à 1Mbits/sFonction de la longueur du bus et de la nature du
câble : 1000 m à 10Kbits/s, 25 m à 1 Mbits/s,
Nbre max équipements : 1271 maître et 126 esclaves
Couche physiqueCouche physique
Chapitre 5 : Résumé des caractéristiques principales
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Diapositive 66 / 69
Méthode d ’accès au médium : CSMA/CA
Chaque équipement peut émettre dès que le bus est libre.
Un principe de bits dominants ou récessifs permet lors d ’une collision un arbitrage bit à bit non destructif.
La priorité d ’un message est donné par la valeur de l ’identifieur appelé COB-ID (Communication Object IDentifieur) situé en début de trame.
Le COB-ID est codé sur 11 bits : valeurs comprises entre 0 et 2047.
Le COB-ID de valeur la plus faible est prioritaire.
Couche liaisonCouche liaison
Chapitre 5 : Résumé des caractéristiques principales
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Diapositive 67 / 69
Modèle de communication : Producteur / ConsommateurChaque message possède un identifieur unique situé en début de trame.
La valeur de cet identifieur renseigne les récepteurs sur la nature des données contenues dans chaque message.
Chaque récepteur en fonction de sa configuration, consomme ou non ces données.
Taille maxi des données utiles : 8 octets par trame
Sécurité de transmission : Parmi les meilleurs sur les réseaux locaux industrielsDe nombreux dispositifs de signalisation et de détections d ’erreurs permettent de garantir une grande sécurité de transmission.
Couche liaisonCouche liaison
Chapitre 5 : Résumé des caractéristiques principales
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Diapositive 68 / 69
CANopen définit :
comment les données sont transmises :
Profil communication DS-301 commun à tous les produits
Définit entre autre l ’allocation des identifieurs COB-ID pour chaque type de message.
quelles données sont transmises :
Profils produits DS-4xx propre à chaque famille de produit
(E/S TOR, E/S analogique, variateurs de vitesse, encodeurs…)
La description des ces fonctionnalités s’effectue par l ’intermédiaire d ’un dictionnaire d ’objet Device Object Dictionnary (OD) matérialisé par un fichier EDS.
Couche applicationCouche application
Chapitre 5 : Résumé des caractéristiques principales
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Diapositive 69 / 69
4 types de services sont standardisés :
1 . Administration du réseau : paramétrage, démarrage, surveillance (maître-esclaves)
2 . Transmission rapide des données de process (<= 8octets) :
PDO = Process Data Object (modèle producteur-consommateur)
3 . - Transmission de données de paramétrage (peuvent être > 8 octets par segmentation) sans contrainte de temps :
SDO = Service Data Object (modèle client-serveur)
4 . Messages prédéfinis pour gérer les synchronisation, références temporelles, erreurs fatales : SFO = Special Function Object
Couche applicationCouche application
Chapitre 5 : Résumé des caractéristiques principales