CAN總線(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電控制系統中的應用

read從接收緩沖區讀取數據；write向發(fā)送緩沖區寫(xiě)人數據；release關(guān)閉can 控制器；ioctl向can 控制器發(fā)各種操作命令，包括設置sja1000總線(xiàn)波特率、id過(guò)濾器等；open 打開(kāi)can 控制器，并使用函數request_irq()向系統申請中斷，并設置中斷處理程序為can_interrupt()，當sja1000內部中斷寄存器(ir)的任意位置為1時(shí)，int引腳低電平有效，調用其中斷處理函數can-interrupt()，在該函數中讀取中斷控制寄存器，判斷中斷原因(接收中斷、發(fā)送中斷、錯誤中斷、數據溢出中斷、喚醒中斷)，從而調用相應的服務(wù)子程序。
(2)sja1000讀寫(xiě)邏輯分析及設計。由于sja1000的地址線(xiàn)和數據線(xiàn)是分時(shí)復用的，需要通過(guò)軟件編程模擬地址鎖存信號，以達到數據和地址的分時(shí)傳輸，因此，在程序設計中，要考慮sja1000的讀寫(xiě)時(shí)序。圖4為sja1000的寫(xiě)時(shí)序圖。

4.2 寫(xiě)時(shí)序邏輯
通過(guò)分析寫(xiě)時(shí)序，可知，sja1000的寫(xiě)數據/命令過(guò)程分為以下兩步[4]：
(1)將sja1000的ale引腳信號拉高，然后往復用總線(xiàn)上送地址信號，待數據穩定后，拉低ale信號，在ale引腳產(chǎn)生下降沿，進(jìn)行地址鎖存。
(2)將cs引腳信號拉低，并拉低wr信號，打開(kāi)寫(xiě)允許；然后往復用總線(xiàn)上送數據信號，待數據穩定后，拉高wr信號，使wr引腳產(chǎn)生上升沿，進(jìn)行寫(xiě)操作，將數據寫(xiě)入sja1000目標寄存器。
linux系統中，不能直接訪(fǎng)問(wèn)物理地址，而是先要映射到內核空間中，通過(guò)虛擬地址去訪(fǎng)問(wèn)。由硬件電路可知，sja1000的物理地址是0x50000000，最大空間為為108個(gè)字節(pelican方式)。sja1000寫(xiě)程序如下：
addr = ioremap(0x50000000, 0x80);
void write_sja1000 (unsigned int data, unsigned int reg) {
writeb (reg, addr+1);
writeb (data, addr);
}
其中，ioremap()為物理地址到虛擬內存的映射，addr為地址映射后得到的內核空間虛擬地址；reg是sja1000內部寄存器地址；data是要寫(xiě)的數據。writeb(reg, addr+1)模擬ale鎖存地址，發(fā)地址信號reg，addr+1將使地址線(xiàn)a0產(chǎn)生高電平，由硬件設計電路知道這將使地址鎖存信號ale拉高；然后，reg被送到了復用總線(xiàn)上。writeb (data, addr)發(fā)送數據到地址reg，addr將使a0拉低，reg被鎖存；然后，data被送到復用總線(xiàn)上，也就寫(xiě)到了被鎖存的地址reg所指空間。
4.3 讀時(shí)序邏輯
圖5為sja1000的讀時(shí)序圖。

通過(guò)分析讀時(shí)序，可知，sja1000的讀數據/命令過(guò)程分為以下兩步[4]：
(1) 將sja1000的ale引腳信號拉高，然后往復用總線(xiàn)上送地址信號，待數據穩定后，拉低ale信號，在ale引腳產(chǎn)生下降沿，進(jìn)行地址鎖存。
(2)將cs引腳信號拉低，并拉低rd信號，打開(kāi)讀允許；然后往復用總線(xiàn)上送數據信號，待數據穩定后，拉高rd信號，使rd引腳產(chǎn)生上升沿，進(jìn)行讀操作，將sja1000目標寄存器的數據讀回。
sja1000讀程序如下：
int read_sja1000 (unsigned int reg) {
writeb (reg , addr+1);
readb ( addr);
}
readb(addr)從地址reg讀取數據。addr將使a0拉低，reg被鎖存；然后，通過(guò)復用總線(xiàn)讀取被鎖存的地址reg所指空間數據。
4.4 can通訊應用程序設計
(1) can數據報文格式。風(fēng)電機組控制系統中，各控制模塊之間需要傳輸的信號很多，包括模擬量、數字量以及控制指令和控制參數等。模擬量包括風(fēng)速風(fēng)向，電壓電流，功率，電網(wǎng)頻率，各類(lèi)轉速和溫度等，數字量包括機組的各類(lèi)狀態(tài)信息，如并網(wǎng)狀態(tài)，電源狀態(tài)等及各類(lèi)故障信息。這些信號均根據can協(xié)議封裝為報文，以數據包的形式發(fā)送。每個(gè)報文可由一個(gè)或一組信號組成。各個(gè)報文需要定義其幀格式，包括數據id，優(yōu)先級，數據長(cháng)度等。每個(gè)模擬量均定義為兩個(gè)字節長(cháng)度，數字量則占1位。為了提高傳輸效率，多個(gè)數字量組合為一個(gè)報文來(lái)發(fā)送。
系統中can通訊協(xié)議采用擴展幀格式，29位id定義見(jiàn)圖6。

其中，命令碼是來(lái)自不同模塊的報文的代號，占id的高12位，范圍為0x000-0x0FFf，包含同一組信號的報文具有唯一的命令碼。源地址和目標地址取決于控制器地址，主控制器為0x01，網(wǎng)側變流控制器為0x02，電機側變流控制器為0x03，變槳偏航控制器為0x04。id的低9位分別為后續幀標志和后續幀幀數，若后續幀標志為1，則表示該報文還有后續幀需要傳輸。
(2) 基于qt/e的圖形界面應用程序設計。本系統中主控制器圖形界面應用程序基于linux平臺的qt/e實(shí)現。圖形界面應用程序主要功能有兩個(gè)：一是從can 總線(xiàn)接收風(fēng)電機組運行狀態(tài)信息，并顯示給用戶(hù)，二是判斷并處理機組狀態(tài)信息，通過(guò)can接口向各子控制模塊發(fā)送控制信息。由于本系統中can以多主方式工作，接收來(lái)自多個(gè)節點(diǎn)的數據，并向多個(gè)節點(diǎn)發(fā)送數據，因此，在應用程序中要封裝不同的報文，還要分析收到數據的信息。
為了提高系統的響應，應用程序采用多線(xiàn)程機制，本系統中設計三個(gè)獨立線(xiàn)程來(lái)處理不同的任務(wù)。主線(xiàn)程負責主界面實(shí)時(shí)數據顯示，歷史數據查詢(xún)以及機組狀態(tài)的邏輯判斷和流程控制等。由于數據庫的讀寫(xiě)是對磁盤(pán)文件的直接操作，速度較慢，因此在一獨立線(xiàn)程中實(shí)現歷史數據的寫(xiě)操作，以防止對主線(xiàn)程控制程序的影響，而對于歷史數據的查詢(xún)，現場(chǎng)只在特定情況下用到，仍在主線(xiàn)程中實(shí)現。can總線(xiàn)數據的交互比較頻繁，為了避免數據的丟失，在一獨立線(xiàn)程中完成數據的接收。
5 結束語(yǔ)
目前，風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)主要掌握在國外大企業(yè)手中，國內機組的控制器主要依靠技術(shù)進(jìn)口，因此，研究并設計有自主產(chǎn)權的機組控制系統有著(zhù)深遠的意義。

參考文獻
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