基于MCP2515的多路CAN總線(xiàn)接口及驅動(dòng)程序設計

　　引 言

　　在鐵路系統中，為了保證列車(chē)的安全運行，需要對鐵軌及周?chē)鸂顩r進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。目前采用的方法是在鐵路沿線(xiàn)安裝多個(gè)檢測設備，用于檢測洪水、大風(fēng)、泥石流等自然災害及軌溫等參數。這些設備一般采用的通信方式是RS232、RS485或CAN，并通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)連接至監控中心的各個(gè)監控設備。這種方式極大浪費了線(xiàn)路資源，也不易于設備的統一管理。因此，需要一種安裝在鐵路沿線(xiàn)的設備，它將附近的檢測設備發(fā)送的信息統一收集并通過(guò)一條專(zhuān)線(xiàn)直接送往監控中心。為了與多個(gè)檢測設備通信，必須同時(shí)具有多個(gè)RS232、RS485和CAN接口?；谶@種應用需要，本文提出了擴展多個(gè)CAN總線(xiàn)接口的方法。

　　1 系統結構

　　1.1 芯片介紹

　　系統采用Atmel公司的AT91RM9200(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“9200”)作為MCU。該處理器基于A(yíng)RM920T內核，主頻為180 MHz時(shí)，性能可達到200MIPS；最高主頻為209MHz。該處理器還具有豐富的外設資源，非常適合工業(yè)控制領(lǐng)域的應用；采用的操作系統是ARM-Linux，內核版本為2.4.19。

　　目前主流的CAN協(xié)議控制器一般采用I／O總線(xiàn)(SJA1000等)或SPI接口(MCP2515等)與MCU進(jìn)行通信。由于本設計采用PC／104總線(xiàn)擴展卡的方式來(lái)擴展多個(gè)RS232和RS485接口，沒(méi)有多余的I／O片選線(xiàn)可用，因此最終選用9200的SPI接口與MCP2515進(jìn)行多路CAN總線(xiàn)接口的擴展。

　　MCP2515是Microchip公司推出的具有SPI接口的獨立CAN控制器。它完全支持CAN V2.0B技術(shù)規范，通信速率最高可達1 Mbps，內含3個(gè)發(fā)送緩沖器、2個(gè)接收緩沖器、6個(gè)29位驗收濾波寄存器和2個(gè)29位驗收屏蔽寄存器；它的SPI接口時(shí)鐘頻率最高可達10 MHz，可滿(mǎn)足一個(gè)SPI主機接口擴展多路CAN總線(xiàn)接口的需要。

　　1.2 系統硬件接口

　　圖1是9200與MCP2515的接口原理框圖，通過(guò)9200的SPI接口，連接了5個(gè)MCP2515。由于9200的SPI從設備片選線(xiàn)數量有限，故采用片選譯碼方式，NPCS0可作為普通的外部中斷線(xiàn)使用(NPCS0與IRQ5復用引腳)。由于9200的外部中斷線(xiàn)資源有限，故采用中斷線(xiàn)共享的方式，即分別有兩個(gè)MCP2515共享同一中斷線(xiàn)，最后一個(gè)MCP2515獨占一條中斷線(xiàn)，以滿(mǎn)足不同通信速率下數據處理的需要。

　　圖2是MCP2515的外圍CAN總線(xiàn)接口框圖，圖中省略了MCP2515和9200的接口部分。由于設備需要安裝在鐵路沿線(xiàn)，必須具有防雷擊的能力。因此MCP2515與CAN總線(xiàn)收發(fā)器(TJA1050)之間采用高速光耦進(jìn)行完全的電氣隔離，并且光耦兩端電路的電源也必須用電源隔離模塊隔離開(kāi)，這樣才能真正起到隔離的作用。在TJA1050的CANH和CANL引腳與地之間連接2個(gè)30 pF的電容，可以過(guò)濾CAN總線(xiàn)上的高頻干擾；2個(gè)二極管可以在總線(xiàn)電壓發(fā)生瞬變干擾時(shí)起保護作用。光耦正常工作時(shí)輸入電流為10 mA左右，內部發(fā)光二極管的正向電壓降為1.7 V左右，因此要特別注意輸入端串聯(lián)電阻的阻值選擇。

　　2 SPI主機的工作方式

　　9200通過(guò)SPI接口與5個(gè)MCP2515進(jìn)行通信，9200的SPI控制器工作在主機模式，MCP2515工作在從機模式。MCP2515支持多個(gè)指令(如復位指令、讀指令、寫(xiě)指令等)，以便于9200通過(guò)SPI接口對MCP2515的內部寄存器進(jìn)行讀／寫(xiě)操作。9200 SPI控制器作為主機時(shí)工作模式流程如圖3所示。

　　需要注意的是，SPI使能后，只有在SPI_TDR(發(fā)送數據寄存器)中有數據時(shí)，才會(huì )根據片選配置(固定外設或可變外設)使能相應片選；而SPI_TDR中無(wú)數據時(shí)，則片選自動(dòng)禁用。因此，9200向MCP2515連續發(fā)送多個(gè)字節時(shí)，要保證在前一個(gè)字節傳輸完畢前，后一個(gè)字節就被寫(xiě)入到SPI_TDR中，以避免片選被自動(dòng)禁用；同時(shí)，在傳輸完每一個(gè)字節后，還要讀取SPI_RDR(接收數據寄存器)。

　　下面以MCP2515的讀指令為例，說(shuō)明圖4所示的驅動(dòng)程序完成一次讀指令操作(只讀一個(gè)字節數據)的過(guò)程，并假設9200 SPI采用固定外設的片選配置方式。其他指令的軟件實(shí)現流程與讀指令類(lèi)似。