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隨著(zhù)信息技術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展， ARM技術(shù)方案架構作為一種具備低功耗、高性能、以及小體積等特性的32位嵌入式微處理器，得到了眾多的知識產(chǎn)權授權用戶(hù)，其中包括世界頂級的半導體和系統公司。目前已被廣泛的用于各類(lèi)電子產(chǎn)品，汽車(chē)、消費娛樂(lè )、影像、工業(yè)控制、海量存儲、網(wǎng)絡(luò )、安保和無(wú)線(xiàn)等領(lǐng)域。被業(yè)界人士認為，基于A(yíng)RM的技術(shù)方案是最具市場(chǎng)前景和市場(chǎng)優(yōu)勢的解決方案。 現場(chǎng)總線(xiàn)CAN是為解決現代汽車(chē)中眾多的電控模塊之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。由于其具有多主站依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，采用非破壞性總線(xiàn)仲裁，可完成對通信數據的錯誤檢驗和優(yōu)先級判別，數據長(cháng)度最多為8個(gè)字節，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，抗干擾能力較強，通信速率最高可達1Mbit/s等特點(diǎn)，它被廣泛應用在汽車(chē)，工業(yè)，消費類(lèi)電子等領(lǐng)域，而被公認為是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。 基于A(yíng)RM在嵌入式系統方面優(yōu)勢和CAN總線(xiàn)的廣泛應用，目前越來(lái)越多的ARM處理器內部都自帶了CAN控制器，極大的方便了開(kāi)發(fā)人員對CAN總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)。但目前仍有些產(chǎn)品中的ARM處理器沒(méi)有內置CAN控制器，為了能夠適應節點(diǎn)間對數據傳輸所提出的實(shí)時(shí)性，可靠性的要求，同時(shí)又不改變原來(lái)的硬件結構，通過(guò)外擴CAN接口模塊來(lái)實(shí)現CAN通信成了一個(gè)較為合適的選擇。 本文基于A(yíng)RM7TDMI-S處理器LPC2131，對內部沒(méi)有集成CAN控制器的處理器，設計了較為通用的CAN接口模塊的硬件電路，并對CAN總線(xiàn)進(jìn)行了可靠性設計，而且對基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μCOS-II實(shí)現CAN通信，進(jìn)行了嵌入式軟件的設計，最終在實(shí)踐中對CAN總線(xiàn)通訊的可靠性和可行性進(jìn)行了驗證。 LPC2131 Philips LPC2131是基于A(yíng)RM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器，它一方面具有ARM處理器的所有優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高性能；同時(shí)又具有較為豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)如下： ·集成了Thumb擴展指令集。 ·32KB可在系統中編程(ISP)的片內Flash和可在應用中編程(IAP)的8KB RAM，具有向量中斷控制器。 ·2個(gè)UART，2個(gè)I2C串行接口，2個(gè)SPI串行接口，2個(gè)定時(shí)器(7個(gè)捕獲/比較通道)，PWM單元可提供多達6個(gè)PWM輸出,8通道10位ADC，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，看門(mén)狗定時(shí)器WDT，48個(gè)通用I/O引腳。 ·CPU時(shí)鐘高達60MHz，具有片內晶體振蕩器和片內PLL。 LPC2131內部沒(méi)有集成CAN控制器，而無(wú)法利用CAN總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行通訊。為了使得LPC2131能夠利用CAN總線(xiàn)進(jìn)行通訊，可以通過(guò)外部擴展來(lái)拓展其功能。 硬件電路設計 由于LPC2131是由3.3V供電的ARM7TDMI-S微處理器，其各個(gè)IO引腳是3.3V的TTL電平，而且可以承受5V的電壓。而獨立CAN控制器SJA1000是5V供電，其各個(gè)IO口的電平是5V的TTL電平，所以二者兼容，其IO可以直接相連。 LPC2131與CAN控制器接口 LPC2131與CAN控制器接口如圖1所示，LPC2131的P0.8~P0.15與SJA1000的AD0~AD7直接相連實(shí)現數據交互，P0.22，P0.25，P0.31，P0.23分別與SJA1000的ALE/AS,RD/E，WR，CS相連實(shí)現讀寫(xiě)和片選，P0.30，P0.27分別與SJA1000的INT，RST相連實(shí)現中斷和復位。LPC2131訪(fǎng)問(wèn)SJA1000時(shí)，可通過(guò)軟件模擬SJA1000中所規定的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)進(jìn)行，SJA1000的模式引腳MODE通過(guò)VCC而置為高電平，使得SJA1000工作在Intel的模式。 圖1 LPC2131與CAN控制器接口電路 CAN收發(fā)器與CAN總線(xiàn)接口 CAN收發(fā)器與CAN總線(xiàn)的接口如圖2所示，其中SJA1000的TX0,RX0分別與CAN收發(fā)器的TXD，RXD相連，為提高CAN收發(fā)器82C250與CAN總線(xiàn)的接口部分的抗干擾能力，特在82C250 的CANH 和CANL 引腳串接一個(gè)共模扼流圈，以消除一定的共模干擾，而使得總線(xiàn)差分信號能夠順利通過(guò)。并且CANH和CANL分別通過(guò)一個(gè)磁珠與總線(xiàn)相連，以起到消除一定的高頻干擾。同時(shí)CANH 和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pf 的小電容，可以起到濾除總線(xiàn)上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根CAN總線(xiàn)接入端與地之間分別接了一個(gè)TVS,當CAN 總線(xiàn)有較高的電壓時(shí)通過(guò)TVS的擊穿而接地，可起到一定的過(guò)壓保護作用。82C250 的Rs引腳上接有一個(gè)斜率電阻以降低CAN總線(xiàn)的向外輻射。 圖2 CAN收發(fā)器與總線(xiàn)接口電路 對于其他無(wú)內置CAN控制器的能夠承受5V的TTL電平的處理器來(lái)說(shuō)，只需改變與SJA1000的數據端口A(yíng)LE/AS，RD/E，WR，CS，INT，RST相連接的引腳即可完成外擴CAN接口的硬件設計工作，否則在兩者之間加一個(gè)邏輯電平轉換的器件即可。 軟件設計 對SJA1000的讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn) 由于LPC2131的48個(gè)引腳全是IO,所以首先需要通過(guò)軟件模擬讀寫(xiě)SJA1000的時(shí)序，來(lái)對SJA1000進(jìn)行操作，進(jìn)而完成CAN通訊功能。 依據SJA1000在Intel模式下的讀寫(xiě)時(shí)序[4]，可編寫(xiě)LPC2131通過(guò)CAN控制器SJA1000發(fā)送數據的寫(xiě)函數void WriteCan(uint8 Addr,uint8 Data)和接受CAN控制器所接受的數據的讀函數uint8 ReadCan(uint8 Addr),其中Addr為SJA1000相應的寄存器的地址，Data為L(cháng)PC2131所發(fā)送的數據，讀函數ReadCan可返回所接受的數據。 CAN通訊的實(shí)現 要實(shí)現一個(gè)CAN通訊需要實(shí)現3個(gè)功能模塊：對SJA1000的初始化模塊；數據發(fā)送模塊；數據接受模塊。 ·對SJA1000的初始化模塊 在開(kāi)始通訊之前，首先要在SJA1000的各個(gè)功能寄存器進(jìn)行設置，包括模式寄存器，波特率，時(shí)鐘分頻器，中斷使能寄存器，，濾波寄存器，輸出控制寄存器。 uint8 IniSJA1000(uint8 BTR0,uint8 BTR1) { IO0CLR=CS; //片選SJA1000 WriteCan(0,0x09); //進(jìn)入復位模式 WriteCan(31,0xe8); //設置時(shí)鐘分頻器 WriteCan(4,0xfd); //設置中斷使能寄存器 WriteCan(16,AcceptCode1);//設置驗收代碼1 WriteCan(17,AcceptCode2);//設置驗收代碼2 WriteCan(18,AcceptCode3);//設置驗收代碼3 WriteCan(19,AcceptCode4);//設置驗收代碼4 WriteCan(20,MaskCode1); //設置驗收屏蔽1 WriteCan(21,MaskCode2); //設置驗收屏蔽2 WriteCan(22,MaskCode3); //設置驗收屏蔽3 WriteCan(23,MaskCode4); //設置驗收屏蔽4 WriteCan(6,BTR0); //設置總線(xiàn)時(shí)序寄存器1 WriteCan(7,BTR1); //設置總線(xiàn)時(shí)序寄存器2 WriteCan(8,0xfa); //設置輸出控制積存器 WriteCan(0,0x08); //進(jìn)入操作模式 OSCANMbox=OSMboxCreate(0);/建立CAN通訊郵箱 if (OSCANMbox==NULL) { return FALSE; } return TRUE; } ·數據發(fā)送模塊 假設要發(fā)送的數據的ID存儲在數組ID[4]中，數據存儲在數組SendData[8]中，其發(fā)送模塊程序如下所示，其中參數DLC為發(fā)送的字節數，FF為幀類(lèi)型，即0為數據幀，1為遠程幀。 void Tx(uint8 DLC,uint8 FF) { uint8 i; OS_ENTER_CRITICAL(); If (FF==0x01) { WriteCan(16,DLC+0x80); //數據幀 } else { WriteCan(16,DLC+0xd0); //遠程幀 } WriteCan(17,ID[0]); WriteCan(18,ID[1]); WriteCan(19,ID[2]); WriteCan(20,ID[3]); //TX標識碼 for (i=0;i OS_EXIT_CRITICAL(); } ·數據接受模塊 根據電路圖1，采用中斷接受的方式來(lái)接受數據，LPC2131的P0.30設置為外部中斷3，整個(gè)數據接受模塊由數據接受函數void ReceiveData(uint8 *Rt)、中斷處理函數Can_Exception(void)構成。當SJA1000接受到CAN總線(xiàn)數據，通過(guò)接收中斷使得LPC2131產(chǎn)生外部中斷3而使其進(jìn)入中斷處理函數，進(jìn)而對接受到的數據進(jìn)行處理。其中數據接受函數和中斷處理函數如下： void ReceiveData (void) { uint8 i, err，*Rt； OS_ENTER_CRITICAL(); Rt=(uint8 *)OSMboxPend(OSCANMbox,0,&err); //通過(guò)郵箱接受數據 for (i=0;i<13;i++) ReceiveData[i ]=*Rt++; //將接受到的數據存在全局變量中供后續處理 OS_EXIT_CRITICAL(); } void Can_Exception(void) { u[i ][i ]int8 temp[13],i; OS_ENTER_CRITICAL(); for (i=0;i<13;i++) temp[i ]=ReadCan(16+i); //讀取CAN數據 OSMboxPost(OSCANMbox,(void *)temp); //將 CAN數據以郵箱發(fā)送到接受函數 EXTINT=0x08; //清楚ENT3 VICVectAddr=0; //中斷返回 OS_EXIT_CRITICAL(); } 結語(yǔ) 以ARM芯片作為主控制器，CAN總線(xiàn)作為數據傳輸方式來(lái)進(jìn)行通訊的嵌入式系統得到了越來(lái)越廣泛的應用。同時(shí)CAN通訊的可靠性也成為影響系統性能的關(guān)鍵部分之一。本文以L(fǎng)PC2131為例，給出了一類(lèi)微處理器與CAN控制器SJA1000之間的較為通用的硬件連接方法，對CAN總線(xiàn)進(jìn)行了可靠性設計，并基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μCOS-II進(jìn)行了CAN通訊軟件開(kāi)發(fā)，該設計現已在工廠(chǎng)車(chē)間中的分布式監控系統中得到了應用，運行可靠、穩定。 |
