模块 2 练习项目

练习 1：EDS 文件验证器

目标

编写一个程序，验证 EDS 文件的语法正确性和语义一致性。

要求

1. 解析 EDS 文件（INI 格式）

2. 验证以下规则：

   • 每个对象必须有 [DeviceInfo] 节
   • 对象索引必须在有效范围内（0x1000-0xFFFF）
   • 数据类型必须是 CiA 301 定义的有效值
   • 访问类型必须是 ro/rw/wo/rwr/rwpre/const 之一
   • ARRAY/RECORD 类型的 sub0 必须表示元素个数
   • 子索引编号必须与节中声明的数量一致

3. 输出验证报告：

EDS Validator Report
====================
File: sample.eds
Status: PASS (2 warnings)

Objects found: 11
  Mandatory: 5
  Optional: 3
  Manufacturer: 3

Warnings:
  - Object 0x2000: PDOMapping=1 but access type is wo
  - Object 0x1003: SubNumber=9 but only 8 sub-entries found

Errors:
  (none)

测试用例

使用示例 4 中的 sample.eds 进行验证，然后故意修改文件制造错误：

• 删除 [DeviceInfo] 节
• 将数据类型改为无效值（如 0xFFFF）
• 减少子索引数量

提示

• 可以使用示例 4 的 EDS 解析器作为基础
• 验证逻辑与解析逻辑分离

练习 2：SDO 批量配置工具

目标

编写一个命令行工具，通过 SDO 批量配置多个节点参数。

要求

1. 从 JSON 配置文件读取配置：

2. 对每个节点依次执行配置
3. 记录每个配置的结果（成功/失败/超时）
4. 生成配置报告：

SDO Batch Configuration Report
================================
Interface: vcan0
Nodes: 3, 4, 5

Node 3:
  [OK]   0x1017:00 = 1000 (Heartbeat period)
  [OK]   0x1005:00 = 0x80000080 (COB-ID SYNC)

Node 4:
  [OK]   0x1017:00 = 1000 (Heartbeat period)
  [FAIL] 0x1005:00 - Timeout (COB-ID SYNC)

Node 5:
  [OK]   0x1017:00 = 1000 (Heartbeat period)
  [OK]   0x1005:00 = 0x80000080 (COB-ID SYNC)

Summary: 5/6 succeeded, 1 failed

运行方式

./sdo_batch_config config.json

提示

• 复用示例 5 的 SDO Client 代码
• 每个配置之间添加 100ms 延时（避免总线拥塞）
• 使用 select() 实现超时机制

练习 3：SDO 传输性能测试

目标

测量不同数据类型和传输模式下的 SDO 传输延迟。

要求

1. 测试以下场景：

   • Expedited Upload 1 字节（错误寄存器）
   • Expedited Upload 2 字节（心跳周期）
   • Expedited Upload 4 字节（设备类型）
   • Segmented Upload 16 字节（设备名称）
   • Segmented Upload 256 字节（大数据块）

2. 每种场景测试 100 次，计算：

   • 平均延迟（毫秒）
   • 最小延迟
   • 最大延迟
   • 成功率

3. 输出测试报告：

SDO Performance Test Report
============================
Interface: vcan0
Iterations per test: 100

Test                    Avg(ms)  Min(ms)  Max(ms)  Success
─────────────────────────────────────────────────────────
Expedited 1B            0.52     0.48     0.61     100/100
Expedited 2B            0.53     0.49     0.65     100/100
Expedited 4B            0.54     0.50     0.72     100/100
Segmented 16B           1.21     1.10     1.45     100/100
Segmented 256B          18.35    17.80    20.12    100/100

Analysis:
  - Expedited transfers are ~2x faster than Segmented (small data)
  - Segmented 256B requires 37 segments (256/7 bytes per segment)
  - Each segment adds ~0.5ms round-trip latency

实现方式

• 使用示例 7 的 SDO Demo 作为 Server
• 编写测试脚本自动发送请求并计时

提示

• 使用 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) 获取高精度时间戳
• 考虑 CAN 总线发送延迟（通常 0.1-0.5ms）
• 在虚拟 CAN 上测试的延迟比真实 CAN 硬件低

思考题

1. Expedited vs Segmented 的选择

问题：如果数据正好是 4 字节，必须使用 Expedited 传输吗？可以使用 Segmented 吗？

提示：CANOpen 规范允许服务端根据数据类型自主选择传输模式。考虑服务端实现的复杂度。

2. Toggle 位的作用

问题：为什么 Segmented 传输需要 Toggle 位？如果只用序号（0, 1, 2…）而不是翻转位，会有什么优缺点？

提示：考虑丢包场景。如果服务端发送了段 0、1、2，但客户端只收到 0、2，序号方案和 Toggle 方案分别如何检测这个问题？

3. 多节点 SDO 并发

问题：如果主站同时向节点 3 和节点 5 发送 SDO 请求，会发生什么？CAN 总线的仲裁机制如何保证帧不混淆？

提示：考虑 COB-ID 的仲裁优先级。节点 3 的请求（0x603）和节点 5 的请求（0x605）在总线上如何区分？

4. 对象字典的动态性

问题：在机械臂应用中，关节数量可能变化（4-DOF、6-DOF、7-DOF）。如何设计对象字典使其能适应不同配置？

提示：

• 方案 1：预定义最大数量的条目，未使用的标记为"不可用"
• 方案 2：运行时动态创建对象字典条目
• 方案 3：使用 EDS 文件生成工具，为每个配置生成不同的 EDS

分析每种方案的优缺点和实现复杂度。

扩展阅读

1. CiA 301：CANOpen 应用层规范（SDO 协议详细定义）
2. CiA 306：EDS 文件格式规范
3. CANopenNode 源码：https://github.com/CANopenNode/CANopenNode
   • 301/CO_SDOserver.c：服务端实现
   • 301/CO_SDOclient.c：客户端实现
4. CANFestival 源码：https://forge.canfestival.org/
   • src/sdo.c：SDO 核心逻辑

验收标准