基于LPC2294的CAN總線主節(jié)點設(shè)計

摘要：為引入CAN總線技術(shù)以實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。提出了基于LPC2294的CAN總線主節(jié)點的硬件及軟件設(shè)計方案。硬件采用基于ARM7內(nèi)核的微控制器LPC2294，使用CTM1050T作為CAN收發(fā)器，設(shè)計了帶有CAN總線以及以太網(wǎng)接口的硬件電路，并進行了SRAM、NORFLASH與NAND FLASH的擴展。軟件采用μCLinux作為操作系統(tǒng)，并開發(fā)了CAN控制器的驅(qū)動程序，實現(xiàn)了CAN總線的各種功能。通過制作樣機并進行實驗，驗證了這一方案的有效性。
關(guān)鍵詞：LPC2294；CAN；主節(jié)點；μCLinux

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，已經(jīng)成為計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線。網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)(Networked Motion Control Systems)就是構(gòu)建在控制器與電機驅(qū)動器之間，能夠?qū)崟r、同步地傳送運動控制指令和接收運動狀態(tài)，并且控制閉環(huán)通過網(wǎng)絡(luò)連接的運動控制系統(tǒng)。為引入CAN總線技術(shù)以實現(xiàn)運動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，筆者提出一種基于LPC2294的CAN總線主控制節(jié)點的硬件及軟件設(shè)計方案，具有高性能、高可靠及良好擴展性的特點，非常適用于運動控制系統(tǒng)。

1 總體設(shè)計
主節(jié)點采用ARM7內(nèi)核的LPC2294微控制器，使用RTL8019AS作為以太網(wǎng)控制器，軟件上采用具有網(wǎng)絡(luò)功能強、性能穩(wěn)定、移植性好的μCLi nux作為操作系統(tǒng)。基于CAN總線的運動控制系統(tǒng)，主要由1個主節(jié)點(主控制器節(jié)點)、若干個從節(jié)點(電機控制節(jié)點)以及1臺計算機構(gòu)成，主節(jié)點與從節(jié)點之間通過CAN總線進行通信，主節(jié)點與計算機之間則通過以太網(wǎng)進行通信，如圖1所示。

主節(jié)點主要功能包括：1)通過CAN總線發(fā)送電機控制信息給從節(jié)點，并接收各從節(jié)點的反饋信息：2)通過以太網(wǎng)與計算機監(jiān)控端進行通信，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1．1 整體硬件設(shè)計
主節(jié)點整體硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

主節(jié)點采用的LPC2294基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位處理器，帶有256kB高速FLASH、16kB靜態(tài)RAM，內(nèi)部集成4路CAN控制器，支持SRAM、FALSH擴展。由于LPC2294內(nèi)部集成CAN，因此外部只需CAN收發(fā)器與之連接。CAN收發(fā)器選用周立功的CTMl050T。CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器，主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，并具有隔離功能(DC2500 V)、ESD保護功能及TVS管防總線過壓功能。 LPC2294具有外部存儲器控制器(EMC)，通過該部件可以擴展更多的FLASH和SRAM以及以太網(wǎng)、USB等外設(shè)。主節(jié)點采用RTL8019AS作為以太網(wǎng)控制器，分別使用MT45W4MW16、SST39VF1601、K9F2G08UOA進行SRAM、NORFLASH、NANDFLASH的擴展。
1．2 軟件結(jié)構(gòu)
主節(jié)點軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示，U-Boot作為BootLoader(啟動引導(dǎo)程序)，負(fù)責(zé)初始化目標(biāo)板硬件與引導(dǎo)操作系統(tǒng)。這里采用μCLinux作為嵌入式操作系統(tǒng)。μCLinux(microcontrol linux)即“微控制器領(lǐng)域中的Linux系統(tǒng)”，主要是針對目標(biāo)處理器沒有存儲管理單元(MMU)的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的。它保留了Linux的大多數(shù)優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、對各種文件系統(tǒng)完備的支持和標(biāo)準(zhǔn)豐富的API。同時μCLinux包含大量的設(shè)備驅(qū)動程序，以及提供良好的驅(qū)動程序開發(fā)框架。驅(qū)動程序開發(fā)或配置主要包括CAN、以太網(wǎng)以及NANDFLASH3大部分。上層應(yīng)用程序通過使用CAN接口函數(shù)、Socket接口以及庫函數(shù)進行各種應(yīng)用開發(fā)。整個系統(tǒng)的啟動過程是：U-Boot把μCLinux內(nèi)核從NORFLASH中加載到SRAM中，然后啟動μCLinux，μCLinux初始化硬件及建立運行環(huán)境后，自動運行預(yù)設(shè)的應(yīng)用程序。