基于DSP的CAN總線接口設(shè)計(jì)

1． CAN總線簡(jiǎn)介

　　控制器局部網(wǎng)絡(luò)（CAN ControllerAreaNetwork）是德國(guó)Bosch公司從20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。1991年9月PHILIPS公司制定并頒布了CAN2.0技術(shù)規(guī)范；1993年11月國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）正式頒布了關(guān)于CAN總線的ISO11898標(biāo)準(zhǔn) ,為CAN總線的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化應(yīng)用鋪平了道路。

　　世界各半導(dǎo)體廠商推出了許多CAN總線產(chǎn)品。一類是專用的CAN控制器芯片，如Intel公司的82526，82527；PHILIP公司的82C200，SJA1000；NEC公司的72005等；另一類是嵌入CAN接口的單片機(jī)，如Intel公司的87C196CA/CB；PHILIP公司的80C592，80CE598；Motorola公司的68HC05X4，68HC05X16，TI公司的TMS320F240x系列DSP等。

　　CAN總線具有如下特點(diǎn)：

　　1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信介質(zhì)可是雙絞線、同軸電纜或光纖；

　　2） 通信方式靈活。可以多主從方式工作，可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)；

　　3） 采用短幀通訊格式，保證了實(shí)時(shí)性和可靠性，可滿足一般工業(yè)應(yīng)用；

　　4） 非破壞總線仲裁技術(shù)，具有多優(yōu)先級(jí)；

　　5） 集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通訊數(shù)據(jù)的成幀處理工作。

　　CAN總線具有良好功能特性和極高的可靠性，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域。

　　2． CAN總線接口的硬件設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)使用了TI公司的TMS320LF2407A的DSP芯片，其CAN總線接口的硬件電路如圖1所示。一般在CAN控制器和物理總線間采用82C250驅(qū)動(dòng)芯片，提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能。但是因?yàn)?2C250為5V供電，而F2407采用3.3V供電，兩芯片間需要電平轉(zhuǎn)換電路。我們選用了只需3.3V供電的CAN總線收發(fā)驅(qū)動(dòng)芯片SN65HVD230。

圖1 CAN總線接口電路

　　F2407的內(nèi)部集成有CAN控制器。該控制器是一個(gè)16位的外設(shè)模塊，支持CAN2.0B協(xié)議，具有6個(gè)8字節(jié)郵箱；具有可編程的中斷配置、總線喚醒功能，以及自動(dòng)回復(fù)、自動(dòng)重發(fā)、錯(cuò)誤診斷等功能。CAN模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 CAN控制器結(jié)構(gòu)框圖

　　訪問(wèn)CAN模塊可分為控制/狀態(tài)寄存器和6個(gè)郵箱的訪問(wèn)。CAN控制器總共有15個(gè)16位的控制寄存器，控制著位定時(shí)器、郵箱的發(fā)送或接收使能、錯(cuò)誤狀態(tài)及CAN中斷等。郵箱位于一個(gè)48×16位的RAM空間，每個(gè)郵箱由郵箱標(biāo)示寄存器、郵箱控制寄存器及存儲(chǔ)空間組成，最大可存儲(chǔ)8字節(jié)數(shù)據(jù)。

　　3． CAN總線接口的程序設(shè)計(jì)

　　CAN的通訊采用短幀格式。每個(gè)數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)域、應(yīng)答域和幀結(jié)束組成。F2407支持標(biāo)準(zhǔn)幀格式和擴(kuò)展幀格式，如圖3所示。標(biāo)識(shí)符是作為報(bào)文的名稱，在接收器的驗(yàn)收判斷和仲裁過(guò)程確定訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)中使用；遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（RTR）確定發(fā)送遠(yuǎn)程幀還是數(shù)據(jù)幀；數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼（DLC）確定每幀發(fā)送幾個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

圖3 CAN信息幀

　　在使用CAN控制器前必須對(duì)它的一些內(nèi)部寄存器進(jìn)行設(shè)置。如流程圖4和流程圖5所示，需配置位定時(shí)器和初始化郵箱。位定時(shí)器的BCR1和BCR2寄存器決定了CAN控制器的通信波特率、同步跳轉(zhuǎn)寬度、采樣次數(shù)和重同步方式。郵箱初始化需設(shè)置郵箱的標(biāo)識(shí)符，發(fā)送的是遠(yuǎn)程幀還是數(shù)據(jù)幀及對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)區(qū)賦初值。這樣，郵箱就能進(jìn)行正常的發(fā)送和接收工作了。

圖4 配置位定時(shí)器流程圖

圖5初始化郵箱流程圖

　　CAN控制器的發(fā)送郵箱有郵箱4、5及被配置為發(fā)送方式的郵箱2、3。如流程圖6所示，在寫數(shù)據(jù)到發(fā)送郵箱后，如果相應(yīng)的發(fā)送請(qǐng)求位使能，則信息幀被發(fā)送到CAN總線上。郵箱權(quán)限高的先發(fā)送，發(fā)送失敗將再次發(fā)送。

圖6 信息發(fā)送流程圖

　　郵箱0、1和被配置為接收方式的郵箱2、3為接收郵箱，CAN控制器只接收郵箱標(biāo)識(shí)符相同的信息，或被局部屏蔽寄存器（LAM）忽略的信息，此時(shí)接收屏蔽使能位（AME）為1。接收信息的過(guò)程如流程圖7所示。

圖7信息接收流程圖

　　4． 結(jié)論

　　現(xiàn)今的工控設(shè)備正向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，本文設(shè)計(jì)了基于DSP的CAN總線網(wǎng)絡(luò)接口，應(yīng)用于自行研制的交流變頻調(diào)速設(shè)備中。CAN總線接口與傳統(tǒng)的RS232串行接口相配合，增強(qiáng)了設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，使遠(yuǎn)程操作功能得以實(shí)現(xiàn)。