基于WinCE 環(huán)境的CAN 適配卡驅動(dòng)程序的設計與實(shí)現

摘要：簡(jiǎn)要介紹了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統WinCE環(huán)境下驅動(dòng)程序的設計原理和CAN總線(xiàn)技術(shù)，并詳細分析了依托PC/104總線(xiàn)的CAN適配卡底層驅動(dòng)程序的設計與實(shí)現。

1.引言

WinCE 是一種為多種嵌入式系統和產(chǎn)品設計的緊湊、高效、可升級的操作系統，WinCE 采用標準模式，其最主要的特征：為有限的硬件資源提供了多線(xiàn)程、多任務(wù)和完全優(yōu)先級的 計算環(huán)境。

WinCE 操作系統支持兩種類(lèi)型的驅動(dòng)程序：[1]本地驅動(dòng)程序(Build-In)，是把設備驅動(dòng)程 序作為獨立任務(wù)實(shí)現，直接在頂層任務(wù)中實(shí)現硬件操作，完成特有專(zhuān)用的驅動(dòng)程序;流接口 驅動(dòng)程序，WinCE 的I/O 系統將設備程序作為內核過(guò)程實(shí)現，這種方式便于實(shí)現I/O 子系統 的層次模型，便于文件系統一起把設備作為特殊文件處理，提供統一的管理、統一的界面和 統一的使用方法，并把設備、文件及網(wǎng)絡(luò )通信組織成為一致的更高層次的抽象，為用戶(hù)提供 統一的系統服務(wù)和用戶(hù)接口。驅動(dòng)程序封裝了將這些命令轉換為它所控制的設備上的適當操 作所需的全部信息。

流接口驅動(dòng)程序有在啟動(dòng)時(shí)加載和動(dòng)態(tài)加載兩種方式。本文實(shí)現的在 WinCE 環(huán)境下流結構的PC/104-CAN 驅動(dòng)程序是在系統啟動(dòng)時(shí)加載的。

2. CAN 總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介

CAN總線(xiàn)是德國B(niǎo)osch 公司開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議，CAN 總線(xiàn)屬于總線(xiàn)式串行 通訊網(wǎng)絡(luò )，具有總線(xiàn)為多主方式工作且無(wú)需站地址節點(diǎn)信息、CAN 網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)信息分成 不同的優(yōu)先級、總線(xiàn)沖突仲裁時(shí)間低和總線(xiàn)的通信介質(zhì)選擇靈活等優(yōu)點(diǎn)[2]。 CAN 適配卡的核心工作單元是它的控制器，控制器SJA1000 的組織結構如圖1 所示。

其中，接口管理邏輯(IML)：[3]它接收來(lái)自微控制器的命令，控制CAN 寄存器的尋址，并向微控制器提供中斷和狀態(tài)信息;發(fā)送緩存器：存貯發(fā)送到CAN 網(wǎng)絡(luò )上的完整信息;位 流處理器(BSP)：是一個(gè)控制發(fā)送緩存器和接收緩存器與CAN 總線(xiàn)之間控制數據流的程序 裝置，同時(shí)具有執行錯誤檢測、仲裁、總線(xiàn)填充和錯誤處理的能力;位定時(shí)邏輯(BTL)單 元：主要監視串口的CAN 總線(xiàn)，并處理與總線(xiàn)有關(guān)的位時(shí)序，使SJA1000 同步于CAN 總 線(xiàn)上的位流;錯誤管理邏輯(EML)：主要完成接收BSP 的出錯報告，并按照CAN 協(xié)議完 成錯誤界定， 從而使 BSP 和IML 進(jìn)行錯誤統計。

CAN 適配卡的硬件網(wǎng)絡(luò )工作環(huán)境示意圖如圖2 所示。

圖2 中，通用微機的操作系統是WinCE，上位通用微機通過(guò)PC/104 總線(xiàn)與CAN 接口 適配卡相連，CAN 接口適配卡與具有CAN 接口的串行芯片通過(guò)CAN 總線(xiàn)進(jìn)行數據交換， 所采用的協(xié)議是CAN 協(xié)議。在CAN 協(xié)議中，報文的表示、傳送和控制主要由4 種類(lèi)型的 幀來(lái)完成[4]：數據幀，攜帶數據信息，由發(fā)送器發(fā)送到接收器;遠程幀，主要用于請求發(fā)送 具有相同標識符的數據幀，是通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送的;出錯幀標識總線(xiàn)錯誤，由檢測出總線(xiàn)錯誤的 任何總線(xiàn)單元產(chǎn)生;超載幀主要為當前的和后續的數據幀提供附加延遲。

3 CAN 適配卡驅動(dòng)程序的設計與實(shí)現

從引言部分可知，流接口可以為各種設備提供統一的訪(fǎng)問(wèn)接口，可以是字符設備、塊設 備、虛擬設備和網(wǎng)絡(luò )設備等。CAN 適配卡驅動(dòng)程序的主要流程為[5]：應用程序調用函數 CreateFile 獲取CAN 設備句柄，文件系統將會(huì )調用CAN 驅動(dòng)例程中的CAN_Open 來(lái)響應應 用程序的請求。當應用程序調用ReadFile 函數讀取CAN 設備上的字符時(shí)，文件系統將會(huì )調 用CAN 驅動(dòng)例程中的CAN_Read 函數來(lái)讀取CAN 設備上的字符。

對于本文流接口的驅動(dòng)程序而言，是通過(guò)實(shí)現如下幾個(gè)模塊來(lái)實(shí)現驅動(dòng)的：CAN_Open、 CAN _Close、CAN _Read、CAN _Write、CAN _IoControl 和CAN _Init 等模塊。其中CAN _Init 模塊是系統啟動(dòng)時(shí)由文件系統自動(dòng)調用的，主要完成設備的初始化工作。另外，對于流接口 驅動(dòng)程序可選函數CAN _PowerUp 和CAN _PowerDown，主要實(shí)現電源管理的功能。

限于篇幅，本文僅對主要的 CAN_Write 模塊、CAN_Read 模塊和中斷服務(wù)線(xiàn)程模塊的 實(shí)現作如下詳細詳細討論。

3.1 CAN_Write 模塊的實(shí)現

當 CAN 適配卡控制器在發(fā)送報文時(shí)，發(fā)送緩沖區對寫(xiě)操作是鎖定的，這樣CPU 必須 檢查狀態(tài)寄存器的發(fā)送緩沖區狀態(tài)標志TBS，以確定可以將一個(gè)新報文寫(xiě)入發(fā)送緩沖區中， 當發(fā)送緩沖區被鎖定(即標志TBS=0)時(shí)，CPU 周期性地查詢(xún)狀態(tài)寄存器，等待發(fā)送緩沖 區被釋放;當發(fā)送緩沖區被釋放(即標志TBS=1)時(shí)，CPU 將新報文寫(xiě)入發(fā)送緩沖區中， 并置命令寄存器的發(fā)送請求標志TR，該標志導致發(fā)送的啟動(dòng)。一旦發(fā)送成功中斷產(chǎn)生，表 明CAN 報文已經(jīng)發(fā)送成功。重復上面的工作就可以完成發(fā)送多個(gè)CAN 報文的工作。 CAN_Write 模塊的流程圖如圖3 所示。

3.2 CAN_Read 模塊的實(shí)現

如果 CAN 接收到一個(gè)報文，該報文通過(guò)驗收濾波器驗收并放入接收FIFO，則產(chǎn)生一個(gè) 接收中斷。中斷服務(wù)程序接收到這個(gè)中斷后，將這個(gè)接收到的報文傳送到由驅動(dòng)程序維護的 報文存儲區中，并置位命令寄存器的釋放緩存區標志RRB。CAN_Read 函數并不等待來(lái)自 CAN 控制器的接收報文成功中斷，而是讀取保存在由驅動(dòng)程序維護的報文存儲區中的報文。 CAN_Read 函數的流程圖如圖4 所示。

驅動(dòng)程序中的另外兩個(gè)模塊主要由 CAN_Close 、CAN_IoControl 函數來(lái)完成，前者主 要負責在關(guān)閉CAN 句柄時(shí)資源的回收任務(wù)，后者主要用于設置CAN 的工作參數，如波特 率，報文格式等，在此不作過(guò)多介紹。

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