詳細解析微處理器和JTAG總線(xiàn)橋接接口

引言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)水平的提高，智能儀器儀表或微機裝置等智能電子設備(IED)已廣泛應用于工業(yè)現場(chǎng)。

網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器(network print server)可為智能電子設備提供可靠的共享打印服務(wù)，節約系統成本。CAN總線(xiàn)是一種支持分布或實(shí)時(shí)控制的現場(chǎng)總線(xiàn)，具有高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，廣泛應用于汽車(chē)控制、工業(yè)控制、機器人、家用電器等領(lǐng)域。CAN總線(xiàn)已成為工業(yè)現場(chǎng)首選現場(chǎng)總線(xiàn)之一。設計的網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器采用CAN總線(xiàn)作為數據通訊網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器可與幾十甚至上百個(gè)智能電子設備構成總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )，采用屏蔽雙絞線(xiàn)作為通訊介質(zhì)減少節點(diǎn)干擾。通訊速率在10 Kb/s～1 Mb/s范圍內可選。

2 系統硬件設計

網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器的核心處理器采用PHILIPS公司的LPC2129。LPC2129是一款支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU“微控制器”，帶有256 KB的嵌入式高速Flash存儲器，16 KB支持8/16/32位訪(fǎng)問(wèn)的靜態(tài)RAM，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，可使32位代碼在最大時(shí)鐘速率下運行。而對代碼有嚴格控制要求的應用則可使用16位Thumb模式。LPC2129采用64引腳封裝，低功耗，內帶有46個(gè)GPIO，2個(gè)32位定時(shí)器，2路CAN控制器，多路串行接口，9路外部中斷。選取該處理器主要考慮其內部資源豐富，無(wú)需擴展存儲器、CAN控制器，且性能優(yōu)異，抗干擾能力強;價(jià)格低廉，具有極高的性?xún)r(jià)比。

系統硬件電路設計框圖如圖2所示。調試接口直接與LPC2129連接，用于調試開(kāi)發(fā);由MAX232-EPE等器件構成的串口電路用于程序下載;看門(mén)狗負責監控程序是否出現異?；蚺茱w，若出現故障時(shí)，看門(mén)狗使整個(gè)系統復位;而電源電路由SP220-15D5D和DUP75-05S05等器件構成，為網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器提供工作電源。

網(wǎng)絡(luò )打印機服務(wù)器的核心電路是CAN及打印機接口電路，如圖3所示。打印機接口電路部分由光耦PS2701和電容電阻等元件構成，LPC2129的P0和P1端口引腳經(jīng)該接口電路與針式打印機連接，實(shí)現打印功能;CAN總線(xiàn)接口電路由6N137和PCA82-C250等器件構成，LPC2129內部CAN控制器完成CAN協(xié)議處理，PCA82-C250可提高節點(diǎn)的驅動(dòng)能力。為了增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，LPC2129的CNTX和CNRX不能直接與PCA82C250的TXD和RXD相連，應經(jīng)高速光耦6N137后再與PCA82C250相連，從而實(shí)現總線(xiàn)上各CAN節點(diǎn)間的電氣隔離。高速光耦電路中的電源VCC和VDD必須完全隔離，采用隔離型電源模塊DUP75-05S05實(shí)現隔離。PCA82C250與CAN總線(xiàn)的接口部分也采取了抗干擾措施，CANH和CANL與地之間分別并聯(lián)一只1 000 pF/2 kV的電容，用于濾除總線(xiàn)上的高頻干擾，并具有一定的抗電磁輻射性能。另外，在CAN總線(xiàn)接人端與地之間連接一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)，保護PCA82C250免受ESD和EMI浪涌脈沖。通訊信號傳輸到導線(xiàn)的端點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生反射，并干擾正常信號傳輸，在PCA82C250的兩根輸出數據線(xiàn)之間接一120 Ω的終端電阻可抑制反射信號。若忽略該終端電阻，則大大降低通訊的抗干擾性和可靠性，甚至導致無(wú)法通訊。

3 系統軟件設計

網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器與各個(gè)智能電子設備之間采用主從方式，通過(guò)查詢(xún)完成工作。軟件主要由網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)主程序、CAN驅動(dòng)程序、打印接口驅動(dòng)程序、定時(shí)器中斷程序以及LPC2129啟動(dòng)程序組成。

LPC2129啟動(dòng)程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，主要包括異常中斷向量表、堆棧初始化、目標板初始化、存儲系統初始化等。定時(shí)器中斷程序是定時(shí)器0的中斷處理程序，用于完成各種定時(shí)或延時(shí)功能，為打印和CAN通訊提供必要支持。打印接口驅動(dòng)程序包括打印初始化和發(fā)送打印數據。打印初始化程序用于設置ARM的P0和P1端口部分引腳的工作方式，初始化打印機。發(fā)送打印數據程序首先檢測打印機是否忙，若打印機忙則等待，若空閑則發(fā)送要打印的數據。然后選通打印機，最后回收打印機，即不選通并將數據寄存器置位。

CAN驅動(dòng)程序主要包括初始化CAN控制器、發(fā)送報文和接收報文。初始化CAN控制器主要包括設置相應引腳功能、工作方式、波特率參數以及出錯警告界限等。

LPC2129中有全局驗收濾波器，該模塊可為CAN控制器提供接收標識符的查詢(xún)功能(驗收濾波)。另外，驗收濾波器為選擇的標準標識符提供了FulICAN-style自動(dòng)接收功能。在初始化CAN控制器中將驗收濾波器設置為旁路，也可以根據實(shí)際需要進(jìn)行設置，讓其參與接收濾波的工作，有助于改善節點(diǎn)接收信息的選擇性。完成初始化CAN控制器后，即可發(fā)送和接收報文信息。

發(fā)送報文驅動(dòng)程序主要實(shí)現報文發(fā)送，發(fā)送報文流程如圖4所示。發(fā)送報文時(shí)。將待發(fā)送的數據打包成符合CAN發(fā)送幀格式的數據送人CAN控制器的發(fā)送緩存區。在向發(fā)送緩沖區送報文之前，必須判斷發(fā)送緩沖區是否空閑。若發(fā)送緩沖區繁忙則返回失敗;若空閑則將數據寫(xiě)人發(fā)送緩沖區，寫(xiě)入完成后再判斷寫(xiě)入是否成功，寫(xiě)入成功后啟動(dòng)發(fā)送命令，發(fā)送緩沖區中的數據，然后返回狀態(tài)標志。

接收驅動(dòng)程序主要完成報文接收以及其CAN異常情況處理。CAN發(fā)送報文流程如圖5所示。接收報文驅動(dòng)程序相對復雜些，因為在處理接收報文的過(guò)程中，同時(shí)也要處理總線(xiàn)關(guān)閉、錯誤報警、接收溢出等情況。該系統設計采片j中斷接收方式獲得較高的實(shí)時(shí)性，從而提高網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器性能。初始化CAN控制器必須使能接收中斷。中斷服務(wù)子程序讀取CANICR控制器，判斷是否為接收中斷標志，若是則讀取接收緩沖區數據;若是CAN異常情況，則進(jìn)行相應處理。

在LPC2129啟動(dòng)程序后執行網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)主程序。首先初始化，包括初始化看門(mén)狗、打印機、CAN控制器、定時(shí)器0及使能中斷等;再與智能電子設備握手連接，然后打印首次握手成功的IED基本信息;最后執行無(wú)限循環(huán)程序代碼。在這段程序中判斷是否有定時(shí)器超時(shí)。若查詢(xún)IED定時(shí)超時(shí)，則查詢(xún)各個(gè)IED是否要打印，若無(wú)打印需求則進(jìn)入下一循環(huán)狀態(tài);若有打印需求則申請數據信息完成打印。如果重新握手定時(shí)超時(shí)，則與IED設備重新握手連接，檢測中途接人的智能電子設備可以滿(mǎn)足系統需求，重新握手完成后執行無(wú)限循環(huán)程序。

在A(yíng)DS1.2環(huán)境及EasyJTAG仿真器中進(jìn)行軟件調試。程序代碼在A(yíng)DS1.2環(huán)境下編譯、連接后生成可執行文件，通過(guò)EasyJTAG仿真器仿真調試，最后寫(xiě)入Flash存儲器中。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)調試使用，基于CAN總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )打印服務(wù)器能夠可靠地完成網(wǎng)絡(luò )打印功能。