基于嵌入式系統(tǒng)的CAN模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著信息技術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展，arm技術(shù)方案架構(gòu)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(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)用戶，其中包括世界頂級(jí)的半導(dǎo)體和系統(tǒng)公司。目前已被廣泛的用于各類電子產(chǎn)品，汽車、消費(fèi)娛樂、影像、工業(yè)控制、海量存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安保和無線等領(lǐng)域。被業(yè)界人士認(rèn)為，基于arm的技術(shù)方案是最具市場(chǎng)前景和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的解決方案。

現(xiàn)場(chǎng)總線can是為解決現(xiàn)代汽車中眾多的電控模塊之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。由于其具有多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問，采用非破壞性總線仲裁，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤檢驗(yàn)和優(yōu)先級(jí)判別，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最多為8個(gè)字節(jié)，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，抗干擾能力較強(qiáng)，通信速率最高可達(dá)1mbit/s等特點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用在汽車，工業(yè)，消費(fèi)類電子等領(lǐng)域，而被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

本文基于arm7tdmi-s處理器lpc2131，對(duì)內(nèi)部沒有集成can控制器的處理器，設(shè)計(jì)了較為通用的can接口模塊的硬件電路，并對(duì)can總線進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)，而且對(duì)基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)mcos-ii實(shí)現(xiàn)can通信，進(jìn)行了嵌入式軟件的設(shè)計(jì)，最終在實(shí)踐中對(duì)can總線通訊的可靠性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。

lpc2131

philips lpc2131是基于arm7tdmi-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)品的開發(fā)。其特點(diǎn)如下：

·集成了thumb擴(kuò)展指令集。

·32kb可在系統(tǒng)中編程(isp)的片內(nèi)flash和可在應(yīng)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(dá)6個(gè)pwm輸出,8通道10位adc，實(shí)時(shí)時(shí)鐘rtc，看門狗定時(shí)器wdt，48個(gè)通用i/o引腳。

·cpu時(shí)鐘高達(dá)60mhz，具有片內(nèi)晶體振蕩器和片內(nèi)pll。lpc2131內(nèi)部沒有集成can控制器，而無法利用can總線來進(jìn)行通訊。為了使得lpc2131能夠利用can總線進(jìn)行通訊，可以通過外部擴(kuò)展來拓展其功能。

硬件電路設(shè)計(jì)

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(dú)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(xiàn)數(shù)據(jù)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(xiàn)讀寫和片選，p0.30，p0.27分別與sja1000的int，rst相連實(shí)現(xiàn)中斷和復(fù)位。lpc2131訪問sja1000時(shí)，可通過軟件模擬sja1000中所規(guī)定的讀寫時(shí)序來進(jìn)行，sja1000的模式引腳mode通過vcc而置為高電平，

can收發(fā)器與can總線的接口如圖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，而使得總線差分信號(hào)能夠順利通過。并且canh和canl分別通過一個(gè)磁珠與總線相連，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總線接入端與地之間分別接了一個(gè)tvs,當(dāng)can 總線有較高的電壓時(shí)通過tvs的擊穿而接地，可起到一定的過壓保護(hù)作用。82c250 的rs引腳上接有一個(gè)斜率電阻以降低can總線的向外輻射。

軟件設(shè)計(jì)

對(duì)sja1000的讀寫訪問

由于lpc2131的48個(gè)引腳全是io,所以首先需要通過軟件模擬讀寫sja1000的時(shí)序，來對(duì)sja1000進(jìn)行操作，進(jìn)而完成can通訊功能。

依據(jù)sja1000在intel模式下的讀寫時(shí)序[4]，可編寫lpc2131通過can控制器sja1000發(fā)送數(shù)據(jù)的寫函數(shù)void writecan(uint8 addr,uint8 data)和接受can控制器所接受的數(shù)據(jù)的讀函數(shù)uint8 readcan(uint8 addr),其中addr為sja1000相應(yīng)的寄存器的地址，data為lpc2131所發(fā)送的數(shù)據(jù)，讀函數(shù)readcan可返回所接受的數(shù)據(jù)。

can通訊的實(shí)現(xiàn)要實(shí)現(xiàn)

一個(gè)can通訊需要實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能模塊：對(duì)sja1000的初始化模塊；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；數(shù)據(jù)接受模塊。

·對(duì)sja1000的初始化模塊

在開始通訊之前，首先要在sja1000的各個(gè)功能寄存器進(jìn)行設(shè)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。

假設(shè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)的id存儲(chǔ)在數(shù)組id[4]中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)組senddata[8]中，其發(fā)送模塊程序如下所示，其中參數(shù)dlc為發(fā)送的字節(jié)數(shù)，ff為幀類型，即0為數(shù)據(jù)幀，1為遠(yuǎn)程幀。

根據(jù)電路圖1，采用中斷接受的方式來接受數(shù)據(jù)，lpc2131的p0.30設(shè)置為外部中斷3，整個(gè)數(shù)據(jù)接受模塊由數(shù)據(jù)接受函數(shù)void receivedata(uint8 *rt)、中斷處理函數(shù)can_exception(void)構(gòu)成。當(dāng)sja1000接受到can總線數(shù)據(jù)，通過接收中斷使得lpc2131產(chǎn)生外部中斷3而使其進(jìn)入中斷處理函數(shù)，進(jìn)而對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其中數(shù)據(jù)接受函數(shù)和中斷處理函數(shù)如下：

以arm芯片作為主控制器，can總線作為數(shù)據(jù)傳輸方式來進(jìn)行通訊的嵌入式系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)can通訊的可靠性也成為影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部分之一。本文以lpc2131為例，給出了一類微處理器與can控制器sja1000之間的較為通用的硬件連接方法，對(duì)can總線進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)，并基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)mcos-ii進(jìn)行了can通訊軟件開發(fā)，該設(shè)計(jì)現(xiàn)已在工廠車間中的分布式監(jiān)控系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。