CAN總線在自動控制領域得到廣泛應用，也越來越多地出現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中，在車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及汽車電子控制網(wǎng)絡的主控節(jié)點設計中，由于車身部位有很多數(shù)據(jù)采集和控制的電控單元通過CAN總線將采集的數(shù)據(jù)傳給主控節(jié)點，所以主控節(jié)點獲得的數(shù)據(jù)量大而且處理數(shù)據(jù)要求實時性高，同時還必須具備多任務的處理能力以及很好的人機交互界面，因此，采用傳統(tǒng)的單片機來設計很難滿足要求，為此，本文主要描述利用ARM處理器S3C2440所具有的高性能和低耗能等優(yōu)點，同時通過嵌入式linux的多任務處理能力來設計車載CAN總線的智能節(jié)點。

1  系統(tǒng)總體設計

本設計采用三星公司的ARM微處理器S3C2440來作為核心CPU；64MB的NANDFlash(K9F1208)為程序存儲器；64MB的SDRAM(K4S281632)為系統(tǒng)運行時的內存;觸摸屏用來進行GUI圖形界面顯示以及與用戶的交互；而JTAG接口、串口和以太網(wǎng)接口可以方便的進行開發(fā)調試;選用Linux作為嵌入式操作系統(tǒng);最后采用Qt編寫上層的圖形用戶界面。其系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

2  CAN總線模塊的硬件接口設計

本設計采用的三星S3C2440是一款基于ARM9TDMI內核的RISC處理器，該CPU的主頻最高可達500MHz,處理速度快,可滿足CAN節(jié)點實時性的需求，但由于其片內不帶CAN控制器，所以硬件上需要外擴CAN控制器,CAN控制器和收發(fā)器采用的是Microchip公司的MCP2510和MCP2551,其中MCP251O完全支持CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.OB等版本協(xié)議,能夠發(fā)送和接收標準和擴展報文，它還同時具備驗收濾波以及報文管理功能，它與微控制器的通訊是采用SPI口實現(xiàn)的，其SPI口數(shù)據(jù)傳輸速率高達5Mb/s；而高速CAN收發(fā)器MCP2551則可把CAN控制器生成的數(shù)字信號轉化成為適合總線傳輸?shù)牟罘中盘?/span>,它也為CAN控制器和CAN總線之間加入了緩沖器,可以有效抑制高壓尖峰信號，而且具有很強的抗噪特性。在本設計中，S3C2440被設置為SPI的主設備.MCP251O作為從設備,GPG6引腳控制對從設備的片選操作。為了盡量少占用外部中斷口，設計時可將MCP2510的通用中斷引腳與S3C2440的外部中斷1相連。

SPI接口的讀寫程序如下:

write2510(u8 cmd,u8 addr,u8 data)

{CS_L； //拉低GPG6引腳啟動對MCP2510的操作

iowrite8(cmd,SPTDATO)； //寫指令到SPI口

wait； //等待發(fā)送操作完成

iowrite8(addr,SPTDATO)； //寫地址到SPI口

wait； //等待發(fā)送操作完成

iowrite8(data,SPTDATO)； //寫數(shù)據(jù)到SPI口

wait； //等待發(fā)送操作完成

CS_H； //拉高GPG6引腳結束對MCP2510的操作

}

(2) 驅動程序接口函數(shù)的實現(xiàn)

在Linux系統(tǒng)下,每一個硬件設備都對應著一個設備文件，內核一般是通過主設備號將設備驅動程序與設備文件相連，驅動程序的一個重要結構就是file.operations，它包含指向驅動程序內部函數(shù)的指針，它的每一個成員對應一個系統(tǒng)調用。所以，在設備驅動程序中，就是通過調用SPI接口的讀寫程序來實現(xiàn)file_operations結構中的一些接口函數(shù)(如open、read、write、ioctl、release等)，為了方便用戶程序與驅動的交互，可以根據(jù)CAN控制器的工作特點定義MCP2510的設備結構體，其定義代碼如下：

structMCP2510｛

   wait_queue_head_t read_wq；                                   //讀進程的等待隊列

    unsigned char en_read；                                             //讀進程等待的條件

  struct CANR_MSG rec_buf；                                              //接收報文緩沖器

 struct CAN_MSG tra_buf；                                                  //發(fā)送報文緩沖器

     struct SET_FILTER set_filter；                                         //MCP2510寄存器配置 

structcdevcdev;                                                  //字符設備結構體

在上述定義代碼中，CANR_MSG結構體作為接收報文的緩沖區(qū),CANR_MSG結構體作為發(fā)送報文的緩沖區(qū)，en_read是讀進程進入等待隊列的等待條件，這樣就可以把等待隊列和事件聯(lián)系起來，使進程可以轉入休眠狀態(tài)等待某個特定事件,而當事件發(fā)生時，這些進程又能夠被再次喚醒。這里，事件就是CAN控制器的中斷，在中斷里可以喚醒等待的進程。

Open函數(shù)用于打開設備，設置MCP2510的波特率、驗收過濾器、CAN收發(fā)數(shù)據(jù)方式和CAN消息傳送模式。read和write函數(shù)可以和用戶空間交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)CAN消息的發(fā)送和讀取，ioctl函數(shù)利用其命令參數(shù)可以使用戶程序重新設置MCP2510的寄存器以改變節(jié)點的工作模式和波特率等。

(3) 中斷函數(shù)的實現(xiàn)

Linux內核會對所有的中斷統(tǒng)一編號，使用一個irq_desc結構數(shù)組來描述這些中斷；每個數(shù)組項對應一個中斷號，其中記錄了中斷處理函數(shù)入口、底層的硬件訪問接口和中斷狀態(tài)等，嵌入式linux內核會維護一個中斷信號線注冊表，所以，在使用中斷前，必須先申請中斷號，使用完之后要釋放該中斷號，這里就是使用函數(shù)request_irq(IRQ_EINT1,can_inter_rupt,IRQT_FALLING,DEVICE_NAME,dev_id)；來注冊一個中斷處理程序，其中IRQ_EINT1是所要申請的中斷號，can_interrupt是中斷處理函數(shù)的指針,IRQT_FALLING是中斷觸發(fā)的方式。這里選擇的是下降沿觸發(fā)，其中DEVICE_NAME是產(chǎn)生中斷的設備名稱,dev_id主要用于共享中斷線，中斷處理程序需要査詢中斷標志寄存器來獲取中斷信息。其中斷函數(shù)代碼片段如下：

上述代碼中，icode保存的是從MCP2510的CAN-STA寄存器中讀取的中斷信息，將icode值左移3位即可得到接收緩沖器0在CAN控制器中的寄存器映射地址,然后將接收到的報文ID和數(shù)據(jù)拷貝到設備結構體中的CANR_MSG類型緩沖器,然后再喚醒讀進程,用戶應用程序就可以得到底層硬件接收到的報文數(shù)據(jù)。其他的中斷都可以按這種方法來實現(xiàn)。

3.3  CAN總線智能節(jié)點應用層的軟件設計

       為了使該節(jié)點具有多任務的處理能力，所以，本設計的程序采用多線程設計，Qt主線程負責顯示窗口，并響應相應的用戶觸摸操作，比如用戶可以點擊界面中的設置按鈕設置波特率等。創(chuàng)建一個輪詢線程就可以不斷地發(fā)送CAN遠程幀以依次請求各個從節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，然后調用read函數(shù)讀取接收到的CAN報文，沒有接收到消息，該線程就會阻塞，而如果讀取到CAN報文，就會刷新數(shù)據(jù)的顯示。其程序流程如圖5所示。

4  結語

本文使用ARM和嵌入式Linux作為開發(fā)平臺，并利用其高性能和多任務的處理能力來開發(fā)車載CAN總線智能節(jié)點，以便實時接收并處理各車載電控單元的信息，進而使用Qt開發(fā)基于觸摸屏的圖形用戶界面。該智能節(jié)點具有處理速度快，用戶交互界面友好,可維護性強,軟件上易于升級等特點。