📚 课程目录第3章 SDO通信机制与报文格式

3. SDO通信机制与报文格式

SDO（Service Data Object）是 CoE 中用于访问对象字典“单个条目”的通信方式，与 PDO 的周期性过程数据不同，SDO 是请求—应答式的非周期通信，适合读写参数、配置、诊断信息等。理解 SDO，关键是抓住两条主线：一是访问流程（初始化、分段、完整访问），二是报文格式（命令字、索引、子索引、数据区）。把这两条主线打通，就能自己实现一个 SDO 读取工具。

一、SDO 的两种访问方式

对象字典条目的数据长度决定了 SDO 采用哪种访问方式。若数据长度不超过 4 字节，可用快速 SDO（Expedited SDO），数据直接塞进报文的数据区，一次请求—应答即可完成；若数据长度超过 4 字节，则用分段 SDO（Segmented SDO），先交换长度信息，再按段传输，每段最多 7 字节有效数据。此外还有完整访问（Complete Access），它允许一次访问某个对象下的全部子索引，常用于读取整个数组或记录型对象。

判断依据：数据长度 ≤ 4 字节走快速访问；> 4 字节走分段访问；需要整体读写多子索引对象时用完整访问。

二、SDO 报文结构

一个 SDO 报文由 8 字节 CANopen 数据帧承载，结构如下：

字节	字段	说明
0	命令字（CCS/SCS）	区分上传/下载、快速/分段、请求/应答
1–2	索引（Index）	对象字典主索引，小端
3	子索引（SubIndex）	对象下的子项编号
4–7	数据区	快速访问时存放数据或长度信息

命令字是 SDO 的“语义核心”。以客户端（主站）发起为例，上传（读）请求命令字为 0x40；下载（写）请求则根据数据长度使用 0x23（4 字节）、0x27（3 字节）、0x2B（2 字节）、0x2F（1 字节）。服务器（从站）应答时，命令字会带上“快速/分段”和“数据长度”标志，例如上传应答 0x43 表示快速访问且数据 4 字节，0x4B 表示 2 字节，0x4F 表示 1 字节。分段传输时，命令字中的 bit0 表示“还有后续段”，bit4 表示“切换位（toggle）”，用于保证段序正确。

三、上传（读取）流程

以读取 0x1018:01（厂商 ID，4 字节）为例，主站发送上传请求：

请求: 40 18 10 01 00 00 00 00
      ↑  ↑     ↑
      |  |     └─ 子索引 01
      |  └─ 索引 0x1018（小端 18 10）
      └─ 命令字 0x40（上传请求）

应答: 43 18 10 01 78 56 34 12
      ↑           ↑
      |           └─ 数据区：0x12345678（厂商 ID）
      └─ 命令字 0x43（快速上传应答，4 字节）

若对象数据超过 4 字节，应答命令字会变为 0x41（分段上传初始化应答），数据区给出总长度；随后主站发送段请求 0x60，从站以 0x00/0x10 等命令字返回每段 7 字节数据，直到最后一段命令字 bit0 为 0 表示结束。

四、下载（写入）流程

写入 0x1018:01 时，主站发送下载请求，命令字按数据长度选择：

请求: 23 18 10 01 78 56 34 12
      ↑           ↑
      |           └─ 待写入数据
      └─ 命令字 0x23（下载请求，4 字节）

应答: 60 18 10 01 00 00 00 00
      ↑
      └─ 命令字 0x60（下载应答，成功）

若写入失败，应答命令字为 0x80，数据区返回 4 字节中止码（Abort Code），例如 0x06010002 表示“试图写只读对象”，0x06070010 表示“数据类型不匹配”。中止码是排障时最重要的线索。

五、完整访问（Complete Access）

完整访问通过命令字中的 bit4（CA 位）标识。上传时命令字为 0x40 | 0x10 = 0x50，下载时为 0x23 | 0x10 = 0x33。它一次读取对象下所有子索引，数据按子索引顺序拼接，长度由对象定义决定。完整访问适合批量读取 PDO 映射、同步管理器配置等结构化对象，能显著减少报文往返。

六、实现一个 SDO 读取工具

下面给出一个基于 Python 的 SDO 读取工具核心逻辑，假设底层已有 EtherCAT 主站库可发送/接收 CANopen 帧。工具接收索引、子索引，自动判断快速或分段访问，并解析应答。

def sdo_upload(index, subindex):
    # 构造上传请求：命令字 0x40 + 索引小端 + 子索引
    req = bytes([0x40, index & 0xFF, (index >> 8) & 0xFF, subindex, 0, 0, 0, 0])
    resp = send_sdo(req)          # 底层发送并等待应答
    cmd = resp[0]

    if cmd == 0x43:               # 快速上传，4 字节
        return int.from_bytes(resp[4:8], 'little')
    elif cmd == 0x4B:             # 快速上传，2 字节
        return int.from_bytes(resp[4:6], 'little')
    elif cmd == 0x4F:             # 快速上传，1 字节
        return resp[4]
    elif cmd == 0x41:             # 分段上传初始化
        total = int.from_bytes(resp[4:8], 'little')
        data = b''
        toggle = 0
        while True:
            seg_req = bytes([0x60 | (toggle << 4), 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0])
            seg = send_sdo(seg_req)
            data += seg[1:8]      # 每段 7 字节有效数据
            if not (seg[0] & 0x01):   # bit0=0 表示最后一段
                break
            toggle ^= 1
        return int.from_bytes(data[:total], 'little')
    elif cmd == 0x80:             # 中止
        abort = int.from_bytes(resp[4:8], 'little')
        raise Exception(f"SDO Abort: 0x{abort:08X}")
    else:
        raise Exception(f"未知命令字: 0x{cmd:02X}")

使用示例：读取 0x1018:01 厂商 ID，调用 sdo_upload(0x1018, 0x01)，若返回 0x12345678，说明读取成功。若抛出中止码 0x06010002，则说明该对象只读，需检查是否误用了下载操作。

七、关键判断与排障要点

命令字不匹配：请求与应答命令字必须成对出现，若收到 0x80 应立即解析中止码。
长度判断：快速访问数据区有效字节数由命令字 bit2–3 决定，解析时不能固定取 4 字节。
分段 toggle：每段 toggle 位必须交替，若从站返回 toggle 错误，说明段序丢失，需重传。
完整访问：CA 位置 1 后，数据区长度可能超过 7 字节，需按对象定义的总长度循环接收。
字节序：索引、子索引、数据均按小端解析，跨平台实现时务必统一。

注意：SDO 是请求—应答式通信，同一时刻一个 SDO 通道只能有一个未完成的事务。若在分段传输中途插入其他 SDO 请求，会导致 toggle 错乱或中止码 0x05040000（SDO 协议超时）。

掌握以上流程与报文格式后，SDO 读取工具的核心就是“构造请求—发送—解析命令字—按长度取数据—处理分段与中止”。实际工程中，建议把命令字、索引、子索引、数据区封装成结构体，并记录每次请求的原始报文，便于对照从站手册排查问题。