基于嵌入式系統(tǒng)的CAN模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
《電子產(chǎn)品世界》 隨著信息技術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展,arm技術(shù)方案架構(gòu)作為一種具備低功耗、高性能、以及小體積等特性的32位嵌入式微處理器,得到了眾多的知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)用戶,其中包括世界頂級的半導(dǎo)體和系統(tǒng)公司。目前已被廣泛的用于各類電子產(chǎn)品,汽車、消費(fèi)娛樂、影像、工業(yè)控制、海量存儲、網(wǎng)絡(luò)、安保和無線等領(lǐng)域。被業(yè)界人士認(rèn)為,基于arm的技術(shù)方案是最具市場前景和市場優(yōu)勢的解決方案?! ‖F(xiàn)場總線can是為解決現(xiàn)代汽車中眾多的電控模塊之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。由于其具有多主站依據(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問,采用非破壞性總線仲裁,可完成對通信數(shù)據(jù)的錯誤檢驗(yàn)和優(yōu)先級判別,數(shù)據(jù)長度最多為8個字節(jié),傳輸時間短,受干擾的概率低,抗干擾能力較強(qiáng),通信速率最高可達(dá)1mbit/s等特點(diǎn),它被廣泛應(yīng)用在汽車,工業(yè),消費(fèi)類電子等領(lǐng)域,而被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場總線之一?! 』赼rm在嵌入式系統(tǒng)方面優(yōu)勢和can總線的廣泛應(yīng)用,目前越來越多的arm處理器內(nèi)部都自帶了can控制器,極大的方便了開發(fā)人員對can總線的開發(fā)。但目前仍有些產(chǎn)品中的arm處理器沒有內(nèi)置can控制器,為了能夠適應(yīng)節(jié)點(diǎn)間對數(shù)據(jù)傳輸所提出的實(shí)時性,可靠性的要求,同時又不改變原來的硬件結(jié)構(gòu),通過外擴(kuò)can接口模塊來實(shí)現(xiàn)can通信成了一個較為合適的選擇。 本文基于arm7tdmi-s處理器lpc2131,對內(nèi)部沒有集成can控制器的處理器,設(shè)計了較為通用的can接口模塊的硬件電路,并對can總線進(jìn)行了可靠性設(shè)計,而且對基于嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)mcos-ii實(shí)現(xiàn)can通信,進(jìn)行了嵌入式軟件的設(shè)計,最終在實(shí)踐中對can總線通訊的可靠性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。 lpc2131 philips lpc2131是基于arm7tdmi-s的高性能32位risc微控制器,它一方面具有arm處理器的所有優(yōu)點(diǎn):低功耗、高性能;同時又具有較為豐富的片上資源,非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。其特點(diǎn)如下: ·集成了thumb擴(kuò)展指令集?! ?2kb可在系統(tǒng)中編程(isp)的片內(nèi)flash和可在應(yīng)用中編程(iap)的8kb ram,具有向量中斷控制器?! ?個uart,2個i2c串行接口,2個spi串行接口,2個定時器(7個捕獲/比較通道),pwm單元可提供多達(dá)6個pwm輸出,8通道10位adc,實(shí)時時鐘rtc,看門狗定時器wdt,48個通用i/o引腳?! pu時鐘高達(dá)60mhz,具有片內(nèi)晶體振蕩器和片內(nèi)pll。lpc2131內(nèi)部沒有集成can控制器,而無法利用can總線來進(jìn)行通訊。為了使得lpc2131能夠利用can總線進(jìn)行通訊,可以通過外部擴(kuò)展來拓展其功能。 硬件電路設(shè)計 由于lpc2131是由3.3v供電的arm7tdmi-s微處理器,其各個io引腳是3.3v的ttl電平,而且可以承受5v的電壓。而獨(dú)立can控制器sja1000是5v供電,其各個io口的電平是5v的ttl電平,所以二者兼容,其io可以直接相連。lpc2131與can控制器接口 lpc2131的p0.8~p0.15與sja1000的ad0~ad7直接相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,p0.22,p0.25,p0.31,p0.23分別與sja1000的ale/as,rd/e,wr,cs相連實(shí)現(xiàn)讀寫和片選,p0.30,p0.27分別與sja1000的int,rst相連實(shí)現(xiàn)中斷和復(fù)位。lpc2131訪問sja1000時,可通過軟件模擬sja1000中所規(guī)定的讀寫時序來進(jìn)行,sja1000的模式引腳mode通過vcc而置為高電平,使得sja1000工作在intel的模式。
can收發(fā)器與can總線接口 can收發(fā)器與can總線的接口如圖2所示,其中sja1000的tx0,rx0分別與can收發(fā)器的txd,rxd相連,為提高can收發(fā)器82c250與can總線的接口部分的抗干擾能力,特在82c250 的canh 和canl 引腳串接一個共模扼流圈,以消除一定的共模干擾,而使得總線差分信號能夠順利通過。并且canh和canl分別通過一個磁珠與總線相連,以起到消除一定的高頻干擾。同時canh 和canl與地之間并聯(lián)了兩個30pf 的小電容,可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根can總線接入端與地之間分別接了一個tvs,當(dāng)can 總線有較高的電壓時通過tvs的擊穿而接地,可起到一定的過壓保護(hù)作用。82c250 的rs引腳上接有一個斜率電阻以降低can總線的向外輻射。 對于其他無內(nèi)置can控制器的能夠承受5v的ttl電平的處理器來說,只需改變與sja1000的數(shù)據(jù)端口ale/as,rd/e,wr,cs,int,rst相連接的引腳即可完成外擴(kuò)can接口的硬件設(shè)計工作,否則在兩者之間加一個邏輯電平轉(zhuǎn)換的器件即可。 軟件設(shè)計對sja1000的讀寫訪問 由于lpc2131的48個引腳全是io,所以首先需要通過軟件模擬讀寫sja1000的時序,來對sja1000進(jìn)行操作,進(jìn)而完成can通訊功能?! ∫罁?jù)sja1000在intel模式下的讀寫時序[4],可編寫lpc2131通過can控制器sja1000發(fā)