CP2102與C8051F040的USB-CAN轉換器設計

3 USB與CAN之間協(xié)議轉換的實(shí)現
設計在充分遵守USB和CAN協(xié)議的基礎上，實(shí)現了USB數據與CAN數據之間的協(xié)議轉換和轉發(fā)。在設計過(guò)程中，USB的高速率和CAN的低速率，以及USB的大數據包和CAN的小數據包之間存在著(zhù)矛盾，必須認真解決，否則可能造成數據丟失、協(xié)議轉換不可靠、設備工作不穩定。本設計中USB和CAN都采用了接收中斷方式，將USB和CAN的數據包先存儲下來(lái)，作為緩沖進(jìn)一步處理。在接收中斷服務(wù)程序的數據時(shí)，只有將數據準確地收取下來(lái)，才將接收緩沖區釋放，在此之前拒絕接收新的數據。在數據發(fā)送時(shí)，先確認發(fā)送緩沖區可用才寫(xiě)入數據。由于兩端接口芯片都有內部的發(fā)送和接收緩沖區，主程序的主要任務(wù)就是完成數據的轉發(fā)，以及提供通信同步的握手協(xié)議，防止數據丟失和順序錯誤。
相對于CAN總線(xiàn)傳輸速率，USB總線(xiàn)速率要高得多，128字節的緩沖區也比CAN總線(xiàn)芯片8字節緩沖區大得多。因此，向CAN接口發(fā)送數據需要完成拆包和重新打包的任務(wù)，屬較慢的操作，采用定時(shí)查詢(xún)式發(fā)送。CAN接收任務(wù)時(shí)，每次盲接轉發(fā)CAN接口收到的8字節數據到USB接口發(fā)送緩沖區，采用2個(gè)信號量(CAN―rcv，USB―wr)完成數據同步操作。數據轉發(fā)工作共有以下4個(gè)任務(wù)協(xié)調配合完成。
(1)USB中斷后續處理任務(wù)
CP2102接收到數據或發(fā)送完成，都會(huì )觸發(fā)中斷程序運行。中斷處理程序只需要簡(jiǎn)單地通知此任務(wù)有中斷發(fā)生，以盡量減少中斷關(guān)閉的時(shí)間。因此，這個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級最高，并且一旦開(kāi)始運行便不再等待其他事件，要盡快處理完成。此任務(wù)根據USB接口的不同中斷原因，通知其他任務(wù)進(jìn)行后續的數據處理或轉發(fā)工作。
(2)控制端點(diǎn)信息處理任務(wù)
當USB接口接收到主機發(fā)來(lái)的USB協(xié)議信息時(shí)，此任務(wù)得到通知。根據主機的要求，該任務(wù)按照USB協(xié)議規范的數據格式對主機應答。它主要用于USB設備枚舉階段，與主機之間進(jìn)行信息交換。其他時(shí)間，此任務(wù)不占用處理器時(shí)間。
(3)CAN總線(xiàn)發(fā)送任務(wù)
當USB接口有新的數據要轉發(fā)到CAN總線(xiàn)時(shí)，USB中斷后續處理任務(wù)通知此任務(wù)運行。讀出USB芯片接收緩沖區中的數據到內存緩沖區，然后分解成小于或等于8字節的數據包，增加CAN總線(xiàn)協(xié)議數據包頭，送入C805lF040的發(fā)送緩沖區。微處理器的主要處理時(shí)間就是USB數據包的分解和重新打包發(fā)送。
此任務(wù)占用處理器的時(shí)間最長(cháng)。CAN發(fā)送任務(wù)每次等待USB接收中斷觸發(fā)USB_rd信號量后，開(kāi)始讀取CP2102接收緩沖區數據到內存數組Ep2out_Bur[128]，然后采用查詢(xún)式發(fā)送方式，將數據送到C8051F040的發(fā)送緩沖區，每次8字節。在查詢(xún)過(guò)程中，如果C8051F040處于正在發(fā)送中，將任務(wù)休眠3個(gè)時(shí)鐘嘀嗒(5 ms)，然后再次查詢(xún)，避免長(cháng)時(shí)間占用處理器。
(4)CAN總線(xiàn)接收任務(wù)
當CAN總線(xiàn)接收到數據后，由于數據包最多只有8個(gè)字節，因此可以一次放入USB接口芯片發(fā)送緩沖區，由主機讀取。此任務(wù)很少占用處理器時(shí)間。主要是為了協(xié)調CAN總線(xiàn)與USB總線(xiàn)之間數據轉發(fā)的同步，使數據包可以按照原來(lái)的順序接收到，并且不覆蓋尚未發(fā)送的上一個(gè)數據包，避免數據丟失。CAN接收中斷首先讀C8051F040中斷寄存器，清除中斷標志。然后觸發(fā)CAN―rcv信號量，使CAN接收任務(wù)得以運行。CAN接收任務(wù)然后等待USB發(fā)送完成中斷觸發(fā)USB―wr信號量，表示USB接口可以發(fā)送新的數據。由于USB接口緩沖區較大，并且發(fā)送速度快，CAN接收任務(wù)直接將CAN接收到的數據送入USB接口芯片CP2012的發(fā)送緩沖區。然后打開(kāi)CAN接收中斷。

結 語(yǔ)
在遵守USB和CAN協(xié)議的基礎上，USB和CAN都采用了接收中斷方式，通過(guò)通信同步的握手協(xié)議，實(shí)現了USB數據與CAN數據之間的協(xié)議轉換和轉發(fā)，很好地解決了USB的高速率和CAN的低速率，以及USB的大數據包與CAN的小數據包之間的矛盾，能夠保證數據完整和協(xié)議的可靠轉換。