基于嵌入式系統的CAN模塊設計與實(shí)現

隨著(zhù)信息技術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展，arm技術(shù)方案架構作為一種具備低功耗、高性能、以及小體積等特性的32位嵌入式微處理器，得到了眾多的知識產(chǎn)權授權用戶(hù)，其中包括世界頂級的半導體和系統公司。目前已被廣泛的用于各類(lèi)電子產(chǎn)品，汽車(chē)、消費娛樂(lè )、影像、工業(yè)控制、海量存儲、網(wǎng)絡(luò )、安保和無(wú)線(xiàn)等領(lǐng)域。被業(yè)界人士認為，基于arm的技術(shù)方案是最具市場(chǎng)前景和市場(chǎng)優(yōu)勢的解決方案。

現場(chǎng)總線(xiàn)can是為解決現代汽車(chē)中眾多的電控模塊之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。由于其具有多主站依據優(yōu)先權進(jìn)行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)，采用非破壞性總線(xiàn)仲裁，可完成對通信數據的錯誤檢驗和優(yōu)先級判別，數據長(cháng)度最多為8個(gè)字節，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，抗干擾能力較強，通信速率最高可達1mbit/s等特點(diǎn)，它被廣泛應用在汽車(chē)，工業(yè)，消費類(lèi)電子等領(lǐng)域，而被公認為是最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。

本文基于arm7tdmi-s處理器lpc2131，對內部沒(méi)有集成can控制器的處理器，設計了較為通用的can接口模塊的硬件電路，并對can總線(xiàn)進(jìn)行了可靠性設計，而且對基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統mcos-ii實(shí)現can通信，進(jìn)行了嵌入式軟件的設計，最終在實(shí)踐中對can總線(xiàn)通訊的可靠性和可行性進(jìn)行了驗證。

lpc2131

philips lpc2131是基于arm7tdmi-s的高性能32位risc微控制器，它一方面具有arm處理器的所有優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高性能；同時(shí)又具有較為豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)如下：

·集成了thumb擴展指令集。

·32kb可在系統中編程(isp)的片內f(wàn)lash和可在應用中編程(iap)的8kb ram，具有向量中斷控制器。

·2個(gè)uart，2個(gè)i2c串行接口，2個(gè)spi串行接口，2個(gè)定時(shí)器(7個(gè)捕獲/比較通道)，pwm單元可提供多達6個(gè)pwm輸出,8通道10位adc，實(shí)時(shí)時(shí)鐘rtc，看門(mén)狗定時(shí)器wdt，48個(gè)通用i/o引腳。

·cpu時(shí)鐘高達60mhz，具有片內晶體振蕩器和片內pll。lpc2131內部沒(méi)有集成can控制器，而無(wú)法利用can總線(xiàn)來(lái)進(jìn)行通訊。為了使得lpc2131能夠利用can總線(xiàn)進(jìn)行通訊，可以通過(guò)外部擴展來(lái)拓展其功能。

硬件電路設計

由于lpc2131是由3.3v供電的arm7tdmi-s微處理器，其各個(gè)io引腳是3.3v的ttl電平，而且可以承受5v的電壓。而獨立can控制器sja1000是5v供電，其各個(gè)io口的電平是5v的ttl電平，所以二者兼容，其io可以直接相連。

lpc2131與can控制器接口

lpc2131與can控制器接口如圖1所示，lpc2131的p0.8~p0.15與sja1000的ad0~ad7直接相連實(shí)現數據交互，p0.22，p0.25，p0.31，p0.23分別與sja1000的ale/as,rd/e，wr，cs相連實(shí)現讀寫(xiě)和片選，p0.30，p0.27分別與sja1000的int，rst相連實(shí)現中斷和復位。lpc2131訪(fǎng)問(wèn)sja1000時(shí)，可通過(guò)軟件模擬sja1000中所規定的讀寫(xiě)時(shí)序來(lái)進(jìn)行，sja1000的模式引腳mode通過(guò)vcc而置為高電平，

can收發(fā)器與can總線(xiàn)的接口如圖2所示，其中sja1000的tx0,rx0分別與can收發(fā)器的txd，rxd相連，為提高can收發(fā)器82c250與can總線(xiàn)的接口部分的抗干擾能力，特在82c250 的canh 和canl 引腳串接一個(gè)共模扼流圈，以消除一定的共模干擾，而使得總線(xiàn)差分信號能夠順利通過(guò)。并且canh和canl分別通過(guò)一個(gè)磁珠與總線(xiàn)相連，以起到消除一定的高頻干擾。同時(shí)canh 和canl與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pf 的小電容，可以起到濾除總線(xiàn)上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根can總線(xiàn)接入端與地之間分別接了一個(gè)tvs,當can 總線(xiàn)有較高的電壓時(shí)通過(guò)tvs的擊穿而接地，可起到一定的過(guò)壓保護作用。82c250 的rs引腳上接有一個(gè)斜率電阻以降低can總線(xiàn)的向外輻射。

軟件設計

對sja1000的讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)

由于lpc2131的48個(gè)引腳全是io,所以首先需要通過(guò)軟件模擬讀寫(xiě)sja1000的時(shí)序，來(lái)對sja1000進(jìn)行操作，進(jìn)而完成can通訊功能。

依據sja1000在intel模式下的讀寫(xiě)時(shí)序[4]，可編寫(xiě)lpc2131通過(guò)can控制器sja1000發(fā)送數據的寫(xiě)函數void writecan(uint8 addr,uint8 data)和接受can控制器所接受的數據的讀函數uint8 readcan(uint8 addr),其中addr為sja1000相應的寄存器的地址，data為lpc2131所發(fā)送的數據，讀函數readcan可返回所接受的數據。

can通訊的實(shí)現要實(shí)現

一個(gè)can通訊需要實(shí)現3個(gè)功能模塊：對sja1000的初始化模塊；數據發(fā)送模塊；數據接受模塊。

·對sja1000的初始化模塊

在開(kāi)始通訊之前，首先要在sja1000的各個(gè)功能寄存器進(jìn)行設置，包括模式寄存器，波特率，時(shí)鐘分頻器，中斷使能寄存器，，濾波寄存器，輸出控制寄存器。

假設要發(fā)送的數據的id存儲在數組id[4]中，數據存儲在數組senddata[8]中，其發(fā)送模塊程序如下所示，其中參數dlc為發(fā)送的字節數，ff為幀類(lèi)型，即0為數據幀，1為遠程幀。

根據電路圖1，采用中斷接受的方式來(lái)接受數據，lpc2131的p0.30設置為外部中斷3，整個(gè)數據接受模塊由數據接受函數void receivedata(uint8 *rt)、中斷處理函數can_exception(void)構成。當sja1000接受到can總線(xiàn)數據，通過(guò)接收中斷使得lpc2131產(chǎn)生外部中斷3而使其進(jìn)入中斷處理函數，進(jìn)而對接受到的數據進(jìn)行處理。其中數據接受函數和中斷處理函數如下：

以arm芯片作為主控制器，can總線(xiàn)作為數據傳輸方式來(lái)進(jìn)行通訊的嵌入式系統得到了越來(lái)越廣泛的應用。同時(shí)can通訊的可靠性也成為影響系統性能的關(guān)鍵部分之一。本文以lpc2131為例，給出了一類(lèi)微處理器與can控制器sja1000之間的較為通用的硬件連接方法，對can總線(xiàn)進(jìn)行了可靠性設計，并基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統mcos-ii進(jìn)行了can通訊軟件開(kāi)發(fā)，該設計現已在工廠(chǎng)車(chē)間中的分布式監控系統中得到了應用，運行可靠、穩定。