基于LPC2294的CAN總線(xiàn)主節點(diǎn)設計

摘要：為引入CAN總線(xiàn)技術(shù)以實(shí)現運動(dòng)控制系統的網(wǎng)絡(luò )化。提出了基于LPC2294的CAN總線(xiàn)主節點(diǎn)的硬件及軟件設計方案。硬件采用基于ARM7內核的微控制器LPC2294，使用CTM1050T作為CAN收發(fā)器，設計了帶有CAN總線(xiàn)以及以太網(wǎng)接口的硬件電路，并進(jìn)行了SRAM、NORFLASH與NAND FLASH的擴展。軟件采用μCLinux作為操作系統，并開(kāi)發(fā)了CAN控制器的驅動(dòng)程序，實(shí)現了CAN總線(xiàn)的各種功能。通過(guò)制作樣機并進(jìn)行實(shí)驗，驗證了這一方案的有效性。
關(guān)鍵詞：LPC2294；CAN；主節點(diǎn)；μCLinux

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò )，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一，已經(jīng)成為計算機控制系統和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線(xiàn)。網(wǎng)絡(luò )化運動(dòng)控制系統(Networked Motion Control Systems)就是構建在控制器與電機驅動(dòng)器之間，能夠實(shí)時(shí)、同步地傳送運動(dòng)控制指令和接收運動(dòng)狀態(tài)，并且控制閉環(huán)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接的運動(dòng)控制系統。為引入CAN總線(xiàn)技術(shù)以實(shí)現運動(dòng)控制系統的網(wǎng)絡(luò )化，筆者提出一種基于LPC2294的CAN總線(xiàn)主控制節點(diǎn)的硬件及軟件設計方案，具有高性能、高可靠及良好擴展性的特點(diǎn)，非常適用于運動(dòng)控制系統。

1 總體設計
主節點(diǎn)采用ARM7內核的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、性能穩定、移植性好的μCLi nux作為操作系統?；贑AN總線(xiàn)的運動(dòng)控制系統，主要由1個(gè)主節點(diǎn)(主控制器節點(diǎn))、若干個(gè)從節點(diǎn)(電機控制節點(diǎn))以及1臺計算機構成，主節點(diǎn)與從節點(diǎn)之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信，主節點(diǎn)與計算機之間則通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，如圖1所示。

主節點(diǎn)主要功能包括：1)通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送電機控制信息給從節點(diǎn)，并接收各從節點(diǎn)的反饋信息：2)通過(guò)以太網(wǎng)與計算機監控端進(jìn)行通信，以實(shí)現遠程監控。
1．1 整體硬件設計
主節點(diǎn)整體硬件結構如圖2所示。

主節點(diǎn)采用的LPC2294基于A(yíng)RM7TDMI內核的32位處理器，帶有256kB高速FLASH、16kB靜態(tài)RAM，內部集成4路CAN控制器，支持SRAM、FALSH擴展。由于LPC2294內部集成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換為CAN總線(xiàn)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(xiàn)過(guò)壓功能。 LPC2294具有外部存儲器控制器(EMC)，通過(guò)該部件可以擴展更多的FLASH和SRAM以及以太網(wǎng)、USB等外設。主節點(diǎn)采用RTL8019AS作為以太網(wǎng)控制器，分別使用MT45W4MW16、SST39VF1601、K9F2G08UOA進(jìn)行SRAM、NORFLASH、NANDFLASH的擴展。
1．2 軟件結構
主節點(diǎn)軟件結構如圖3所示，U-Boot作為BootLoader(啟動(dòng)引導程序)，負責初始化目標板硬件與引導操作系統。這里采用μCLinux作為嵌入式操作系統。μCLinux(microcontrol linux)即“微控制器領(lǐng)域中的Linux系統”，主要是針對目標處理器沒(méi)有存儲管理單元(MMU)的嵌入式系統而設計的。它保留了Linux的大多數優(yōu)點(diǎn)：穩定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò )功能、對各種文件系統完備的支持和標準豐富的API。同時(shí)μCLinux包含大量的設備驅動(dòng)程序，以及提供良好的驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)框架。驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)或配置主要包括CAN、以太網(wǎng)以及NANDFLASH3大部分。上層應用程序通過(guò)使用CAN接口函數、Socket接口以及庫函數進(jìn)行各種應用開(kāi)發(fā)。整個(gè)系統的啟動(dòng)過(guò)程是：U-Boot把μCLinux內核從NORFLASH中加載到SRAM中，然后啟動(dòng)μCLinux，μCLinux初始化硬件及建立運行環(huán)境后，自動(dòng)運行預設的應用程序。