基于S3C44B0和μCOS-II的CAN節點(diǎn)的設計

引言
在系統越來(lái)越復雜，功能越來(lái)越強大的今天，嵌入式系統的設計中采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統已經(jīng)成為嵌入式應用設計的主流。μCOS-II是一個(gè)開(kāi)源嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(Real Time Operating System, RTOS)，它已經(jīng)被成功移植到各種CPU上。但是基于μCOS-II的應用軟件需要在移植操作系統后自行完成。模塊化的應用程序設計可以使得嵌入式設計變得更加方便，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)更加迅速。S3C44B0是三星公司生產(chǎn)的一種ARM7芯片，性能強大，在通用嵌入式設計中運用廣泛。CAN總線(xiàn)（Control Area Network）是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的現場(chǎng)總線(xiàn)，由于其高性能和高可靠性，CAN總線(xiàn)的應用范圍廣布過(guò)程工業(yè)、機器人和機械工業(yè)等領(lǐng)域。論文將μCOS-II移植到S3C44B0上，設計開(kāi)發(fā)了基于μCOS-II的CAN通訊模塊，與傳統的前后臺形式的系統相比較，CAN總線(xiàn)在μCOS- II下運行，實(shí)時(shí)性更容易得到保證，更容易進(jìn)行功能擴展。

1 S3C44BO簡(jiǎn)介

S3C44B0是三星公司設計的16/32位RISC處理器，為手持設備等提供一個(gè)低成本高性能的方案。S3C44B0提供2.5V ARM7TDMI內核，最高時(shí)鐘頻率66MHz，總線(xiàn)尋址空間達到256M，采用中斷矢量表來(lái)減少中斷延遲，提供30個(gè)中斷源，支持C語(yǔ)言編程和多任務(wù)處理，具有豐富的片內資源：LCD控制器、2路UART、2路DMA、外部存儲器控制器、5路帶PWM輸出的定時(shí)器、看門(mén)狗、RTC、8路10bit ADC、IIC接口、IIS接口、SIO等等。

2 SJA1000和82C250簡(jiǎn)介

SJA1000是一種獨立CAN控制器，它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代產(chǎn)品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0B 協(xié)議。SJA1000同時(shí)支持11位和29位識別碼，位速率最快可達1Mbits/s,時(shí)鐘頻率最高為24MHz，支持PeliCAN模式的擴展功能，如支持一些錯誤分析功能，支持系統診斷、系統維護、系統優(yōu)化等。

82C250是PHILIPS公司生產(chǎn)的CAN總線(xiàn)收發(fā)器，提供對總線(xiàn)的差動(dòng)發(fā)送和差動(dòng)接收功能，另外還具有電流限制電路，提供了對總線(xiàn)的進(jìn)一步保護功能。

3μCOS-II在S3C44B0上的移植

μCOS-II (micro-controller OS II)是一種開(kāi)放式的操作系統內核，它是專(zhuān)為微控制器系統和軟件開(kāi)發(fā)而設計的占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統微內核。μCOS-II是一個(gè)源碼公開(kāi)、可移植、可固化、可剪裁、具可剝奪性、可確定性的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統。它的絕大部分代碼是用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)的，只有和處理器相關(guān)的不到200行代碼是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，因此可移植性很好，比較容易移植到各種體系的CPU上面。本文中將μCOS-II移植到S3C44B0上面運行，該移植工作主要是三個(gè)文件的修改工作：

改頭文件OS_CPU.H相關(guān)內容，包括：數據類(lèi)型定義、堆棧增長(cháng)方向、中斷相關(guān)的一些宏定義等。

在OS_CPU_C.C中編寫(xiě)任務(wù)堆棧初始化函數及系統HOOK函數。

在OS_CPU_A.ASM中編寫(xiě)四個(gè)匯編語(yǔ)言函數：OSSstartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

完成上述工作后，μCOS-II就可以運行在S3C44B0處理器上了。

4 CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)的軟硬件結構

CAN總線(xiàn)是現場(chǎng)總線(xiàn)的一種，它結構簡(jiǎn)單，通信方式靈活，采用非破壞性仲裁技術(shù)，通信采用短幀格式，從而可以形成低成本，高性能，實(shí)時(shí)性好的通訊系統。

4.1 CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)的硬件結構

用S3C44B0和SJA1000來(lái)實(shí)現CAN總線(xiàn)節點(diǎn)時(shí)，SJA1000采用地址數據復用的數據傳輸方式，而S3C44B0卻采用分開(kāi)的地址總線(xiàn)與數據總線(xiàn)，因此，不能像51系列單片機和SJA-1000那樣直接相連，而必須另想辦法。將發(fā)送的地址和數據都從數據總線(xiàn)上發(fā)出，而用IO口和 nGCSx, nOE, nWE等信號來(lái)形成ALE信號和讀、寫(xiě)、片選信號接到SJA1000，這樣就可以完成S3C44B0和SJA1000的連接，在硬件上形成CAN總線(xiàn)節點(diǎn)，同時(shí)為了保證信號不互相干擾，采用光耦6N137來(lái)進(jìn)行隔離。另外，S3C44B0的3.3V信號和SJA1000的5V信號之間需要進(jìn)行電平轉換。

4.2 CAN總線(xiàn)智能節點(diǎn)的軟件結構

采用BasicCAN模式，RX和TX緩沖器各是10個(gè)字節長(cháng)，其中兩個(gè)ID字節和最多8個(gè)數據字節。其中ID字節1是8個(gè)ID位，ID字節2是3 個(gè)ID位，1個(gè)遠程發(fā)送請求位和4個(gè)數據長(cháng)度代碼位。11位的ID能夠建立2032種報文類(lèi)型，足夠普通應用的需求。ID位的規定可根據實(shí)際需要自行定義。

發(fā)送報文時(shí)調用CAN發(fā)送函數U8 BCAN_DATA_WRITE(U8 *SendDataBuf)，其中*SendDataBuf指向要發(fā)的內容。在這個(gè)函數里，將報文內容按CAN接受緩沖器規定的格式填入，然后調用命令函數U8 BCAN_CMD_PRG(U8 cmd)，其中cmd參數決定命令類(lèi)型，選用發(fā)送數據命令將報文發(fā)送出去。

接收報文時(shí)調用CAN接收函數U8 BCAN_DATA_RECEIVE(U8 *RcvDataBuf)，其中*RcvDataBuf是報文的存儲地址。在這個(gè)函數里，讀取接收緩沖區里的數據，并存到指定的位置。

這兩個(gè)函數只是發(fā)送與接收函數，具體的發(fā)送和接收需要建立相應的任務(wù)或中斷，并調用這兩個(gè)函數來(lái)完成。其中發(fā)送采用主動(dòng)方式，當發(fā)送任務(wù)接到啟動(dòng)發(fā)送的指令后調用CAN發(fā)送函數進(jìn)行數據發(fā)送，接收采用中斷方式，CAN中斷的優(yōu)先級高于時(shí)鐘中斷和其他任務(wù)。