CANopen协议是基于CAN总线的高层协议,它是用于标准的嵌入式网络开发的具有灵活配置能力的开放式协议。目前已成为基于CAN总线的分布式自动化系统的标准协议(EN50325-4),广泛应用于工业控制的各个领域。最初设计的CAN总线只实现了开放式系统互连参考模型的物理层与数据链路层。一般用户必须直接用驱动程序操作链路层,在较复杂的应用系统中,不能直接满足工业控制网络的组态和产品互连要求。故出现了多种上层协议(如CANopen、DeviceNet和SDS等)。本文选择开放的、通用的、实时的、流行欧洲的CANopen协议作为研究对象。另外,在实际的工业领域中冗余控制作为一种能够满足连续生产要求、提高系统可靠性的有效手段而被广泛应用。而标准的CANopen协议并没有对冗余控制进行明确规定。因此,本文选CANopen协议及其冗余控制作为研究对象,具有较强的理论意义和实用价值。本文首先对CANopen协议的基本框架、对象字典、通讯对象以及标识符的分配等进行了深入剖析。接着解决了CANopen协议在实际应用系统中实现的关键技术(冗余和实时)。然后应用模块化、结构化的设计思想,把基于CANopen协议的冗余系统划分为:硬件层、抽象层和协议层,并分别进行实现。特别在协议层的设计中,充分依据“开-闭”原则,对各个模块的消息语法细节、主要数据结构及其程序实现进行了设计。首次提出了一套应用CANopen协议管理冗余网络的管理机制。最后,基于上述研究成果,实际开发了机务段股道管理自动化系统的CAN通讯模块。搭建了以合肥客机段为模型的调试平台。经检验,该模块的实时性强、可靠性高,且具有良好的可移植性与通用性。