引言
CAN(Controller Area Network)總線控制器局域網(wǎng)絡(luò)是在1986年2月的SAE大會(huì)上，由RoberBosch公司首先提出的。CAN總線是一種串行通信協(xié)議，它能有效支持高安全等級的分布式實(shí)時(shí)控制，其最初的目的是用在汽車上。但由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，目前的應(yīng)用范圍已不局限于汽車行業(yè)，而是擴(kuò)展到了機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、家用電器及傳感器等諸多領(lǐng)域。CAN節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)多采用單片機(jī)，為此，本文給出了一種基于本身已經(jīng)嵌入了CAN控制器的單片機(jī)LPC2292的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案。
1 LPC2292控制器
LPC2292是一個(gè)可以支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-S CPU微控制器，它帶有256K字節(jié)的嵌人式高速Flash存儲(chǔ)器，并具有的128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，可使32位代碼在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。而對代碼有嚴(yán)格控制要求的應(yīng)用則可使用16位Thumb模式，這樣可將代碼規(guī)模降低30％以上，而性能的損失卻很小。LPC2292采用144腳封裝、可使用的GPIO高達(dá)76(使用外部存儲(chǔ)器)～112個(gè)(單片應(yīng)用)、并具有極低的功耗。LPC2292內(nèi)含多個(gè)32位定時(shí)器、4路10位ADC、2路CAN以及多達(dá)9路外部中斷等，特別適用于汽車、工業(yè)控制應(yīng)用、醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線。
LPC2292內(nèi)部集成的2路CAN控制器符合CAN規(guī)范2.0B ISO 11898-1；可訪問32位的寄存器和RAM；每個(gè)總線的數(shù)據(jù)速率為1 MB／s；全局驗(yàn)收濾波器可識別所有總線的11位和29位Rx標(biāo)識符；驗(yàn)收濾波器為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符提供有FullCAN-style自動(dòng)接收功能。
2 節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)
CAN總線的節(jié)點(diǎn)硬件主要包括LPC2292、CAT1024、82C250、6N137以及B0505S。其中，LPC2292是節(jié)點(diǎn)的微處理器及CAN通信控制器，CAN總線驅(qū)動(dòng)器采用82C250。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，在TD1、RD1與82C250之間應(yīng)通過高速光耦6N137相連，這樣可以很好的實(shí)現(xiàn)總線上各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。要注意的是：光耦電路部分采用的兩個(gè)電源VCC和VDD必須完全隔離。這里的B0505S就起這個(gè)作用。另外，節(jié)點(diǎn)復(fù)位電路采用CAT1024來提高其可靠性。圖1所示是CAN總線的節(jié)點(diǎn)硬件電路。
3 軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的軟件調(diào)試可在ADS1.2調(diào)試環(huán)境及EasyJTAG仿真器上進(jìn)行。
和硬件電路設(shè)計(jì)相比，軟件的設(shè)計(jì)相對來說要復(fù)雜些。CAN總線智能節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括三部分：CAN節(jié)點(diǎn)初始化、報(bào)文發(fā)送和報(bào)文接收。除此之外，還必須編寫LPC2292的啟動(dòng)代碼，即對系統(tǒng)進(jìn)行初始化。
3.1 LPC2292的啟動(dòng)代碼
啟動(dòng)代碼包括異常中斷向量表、堆棧初始化、目標(biāo)板初始化及存儲(chǔ)系統(tǒng)初始化等，一般都用匯編語言編寫。這里不作詳細(xì)介紹。
3.2 CAN控制器初始化
CAN總線控制器的初始化過程主要包括相應(yīng)的引腳功能設(shè)置、工作方式設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置以及出錯(cuò)警告界限設(shè)置等，下面是對CAN1的初始化代碼(CAN2與之類似)：
上面所述是對CAN控制器初始化的主要步驟，另外，還可以根據(jù)具體情況對其它CAN寄存器的值進(jìn)行設(shè)置。
LPC2292中有個(gè)全局驗(yàn)收濾波器，該模塊可為所有CAN控制器提供接收標(biāo)識符的查詢功能(即驗(yàn)收濾波)。另外，驗(yàn)收濾波器還可為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符提供fullCAN-style自動(dòng)接收功能。在上面對CAN控制器的初始化中，為了簡化程序，設(shè)計(jì)時(shí)將驗(yàn)收濾波器設(shè)置為旁路。但在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)需要對它進(jìn)行設(shè)置。事實(shí)上，讓它參與接收濾波的工作有助于改善節(jié)點(diǎn)接收信息的選擇性。CAN控制器初始化完成后，即可開始發(fā)送和接收信息。
3.3 發(fā)送過程
發(fā)送子程序主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送。發(fā)送時(shí)，用戶只需要將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定的格式組合成一幀報(bào)文送入CAN控制器的發(fā)送緩存區(qū)，然后啟動(dòng)發(fā)送即可。當(dāng)然，在向發(fā)送緩沖區(qū)送報(bào)文之前，必須先做一些判斷。發(fā)送程序分為發(fā)送遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀兩種，其中遠(yuǎn)程幀無數(shù)據(jù)場。圖2是發(fā)送過程流程圖。
3.4 接收過程
接收子程序主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的接收以及其它情況的處理。接收子程序相對要復(fù)雜一些。因?yàn)樵谔幚斫邮請?bào)文的過程中，同時(shí)也要對總線關(guān)閉、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。CAN控制器報(bào)文的接收主要有兩種方式：中斷接收方式和查詢接收方式。如果對通信的實(shí)時(shí)性要求不是很強(qiáng)，建議采用查詢接收方式。兩種接收方式的編程思想基本相同。圖3給出了用查詢方式接收報(bào)文的流程圖。
4 結(jié)束語
該智能節(jié)點(diǎn)可利用EasyJTAG仿真器進(jìn)行調(diào)試仿真，并可在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下完成通訊功能。該方法與51系列單片機(jī)相比，其通信速度較高。因此，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建CAN控制系統(tǒng)具有實(shí)際意義，但對于不同系統(tǒng)，其軟件和硬件需要作相應(yīng)的改動(dòng)。