μC／OS-II的CAN驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

摘要：實(shí)時(shí)性是衡量CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)性能的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。本文提出一種采用μC／OS-II操作系統(tǒng)和I-CAN協(xié)議，在應(yīng)用層面上提高CAN總線系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方案，并以分層的方式逐層闡述CAN驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：CAN總線；μC／OS-II；實(shí)時(shí)性；驅(qū)動(dòng)程序

引言
CAN總線是德國(guó)Bosch公司于1983年針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的，一種能有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇。其通信距離與波特率有關(guān)，最大通信距離可達(dá)10 km，最大通信波特率可達(dá)1 Mbps。CAN總線仲裁采用1l位(CAN2．OA協(xié)議)和29位(CAN 2．OB協(xié)議)標(biāo)志，以及非破壞性仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，可以確定數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級(jí)，保證在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)沖突時(shí)最高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)不需要沖突等待。CAN總線上的任何節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻，主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，從而實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的自由通信。目前，CAN總線協(xié)議已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、工業(yè)、高速網(wǎng)絡(luò)和低價(jià)位多路連線等領(lǐng)域中。
μC／OS-II是Jean J．Labrosse開(kāi)發(fā)的一種小型嵌入式操作系統(tǒng)。它實(shí)質(zhì)上是基于優(yōu)先級(jí)的可剝奪型內(nèi)核，系統(tǒng)中的所有任務(wù)都有一個(gè)唯一的優(yōu)先級(jí)別，適合應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)的場(chǎng)合。本文采用μC／OS-II來(lái)設(shè)計(jì)CAN的驅(qū)動(dòng)程序，以滿(mǎn)足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。

1 CAN節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)
CAN節(jié)點(diǎn)是分布在CAN網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行相互通信的基本單元，主要由主控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。本設(shè)計(jì)中，節(jié)點(diǎn)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，ECU(Electronic Control Unit)是指一個(gè)具有完整功能的CAN節(jié)點(diǎn)。

采用NXP公司的LPC2368作為CAN節(jié)點(diǎn)的主控制器。LPC2368是一款基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的RISC處理器，包含2個(gè)兼容CAN2．0B規(guī)范的CAN控制器。每個(gè)CAN控制器擁有雙重接收緩沖器和三態(tài)發(fā)送緩沖器，具有快速的硬件實(shí)現(xiàn)的搜索算法，可以支持大量的CAN標(biāo)識(shí)符。
LPC2368是一款3．3 V器件，雖然其對(duì)應(yīng)的CAN收發(fā)器接口引腳能夠承受5 V電壓，但為了讓CAN節(jié)點(diǎn)能夠更穩(wěn)定地運(yùn)行，這里采用TI公司的3．3 V CAN收發(fā)器SN65HVD230D與之配合使用。憑借高輸入阻抗特性，SN65HVD230D可以在一條總線上支持多達(dá)120個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，并且能夠和5V的CAN收發(fā)器良好地兼容。本文重點(diǎn)介紹CAN驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)方法。

2 CAN驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)總體思想
為了使軟件可移植性強(qiáng)、易于維護(hù)，采用分層的方法編寫(xiě)CAN驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序分層結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，雙向箭頭表示實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-II與CAN驅(qū)動(dòng)程序之間的數(shù)據(jù)交換，單向箭頭表示上層軟件對(duì)下層軟件的調(diào)用。

3 CAN設(shè)備控制層和CAN接口控制層
CAN設(shè)備控制層的主要任務(wù)是：初始化主控制器與CAN控制器之間的連接配置，復(fù)位CAN控制器，建立主控制器和CAN控制器之間的通信函數(shù)。由于LPC2368內(nèi)部集成了CAN控制器，CPU可以通過(guò)內(nèi)部APB總線接口對(duì)CAN控制器的所有寄存器進(jìn)行訪問(wèn)，所以不再需要編寫(xiě)設(shè)備控制驅(qū)動(dòng)層程序，已經(jīng)完全由硬件實(shí)現(xiàn)了。
CAN接口控制層主要任務(wù)是：實(shí)現(xiàn)CAN控制器的各種功能，如設(shè)置控制模式、發(fā)送數(shù)據(jù)、釋放接收緩沖區(qū)、配置驗(yàn)收濾波器等。這些操作都是通過(guò)讀寫(xiě)CAN控制器的內(nèi)部相關(guān)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
CAN控制器初始化程序(在應(yīng)用層中實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部調(diào)用的函數(shù)也都是在該層中編寫(xiě)的)如下：

為了使程序更加簡(jiǎn)潔、可讀性更強(qiáng)，可以通過(guò)宏定義的形式進(jìn)行編寫(xiě)。例如：
#define CAN_MOD_RM()CANlMOD |=1
CANlMOD是CAN控制器的模式寄存器，最低位置1可使CAN控制器進(jìn)入復(fù)位模式。這種模式下，可以對(duì)控制器的所有寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作。其他對(duì)CAN控制器內(nèi)部寄存器的操作可以參照LPC2368的技術(shù)手冊(cè)。