基于LPC2294的CAN總線智能節(jié)點設計

在本設計所應用的場合中，產生電磁信號的設備較多，包括超短波設備、音頻設備、電源等，因此抗干擾設計顯得尤為重要。主要采取了以下措施：

（1）為了進一步提高CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，保證各節(jié)點之間在電氣上是完全隔離和獨立的，我們采用隔離CAN收發(fā)器CTM1050T，取代傳統(tǒng)的光耦與電源隔離模塊，提高性能的同時簡化電路設計。

（2）在CAN總線的兩端加有兩個120Ω的電阻，這兩個電阻對于總線阻抗的匹配起著相當重要的作用。去掉它們會使數據通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信。

（3）CANH和CANL與地之間并聯了兩個30pF的小電容，可慮除總線上的高頻干擾并且具有一定的防電磁輻射的能力。

2.軟件設計

對于一般的32位ARM嵌入式應用系統(tǒng)，在運行主程序前必須初始化運行環(huán)境，即編寫ARM控制器啟動代碼。該啟動代碼包括異常向量表、堆棧初始化、存儲系統(tǒng)初始化和目標板初始化等，一般用匯編語言編寫。

對于該設計來說，關鍵的是編寫CAN驅動程序。主程序只需通過調用驅動程序提供的接口來實現數據的接受和發(fā)送。驅動程序包括四部分內容：CAN控制器的初始化、接收數據、發(fā)送數據和總線異常處理。圖2為主程序流程圖。

圖2 主程序流程圖

2.1 CAN控制器的初始化

初始化CAN 控制器的操作包括：硬件使能、設置管腳連接、軟件復位、設置報警界限、設置總線波特率、設置中斷工作方式、設置驗收濾波器工作方式、設置工作模式并啟動CAN等。需要特別指出的是設置總線波特率是個難點，所有CAN節(jié)點的波特率都要相同才能正常工作，所以要正確配置VPBDIV和PLL寄存器。在設置各CAN寄存器之前必須進行軟件復位，這是因為CAN的某些寄存器必須在軟復位下讀寫。

值得注意的是，LPC2294為所有的CAN 控制器提供了全局接收標識符查詢功能。2KB的接收過濾用RAM可容納1024個標準標識符或者512個擴展標識符或兩種類型混合的標識符。通過軟件處理，可在該RAM中設置存放1～5個標識符表格，它能更容易的對任意復雜的ID進行篩選過濾，滿足復雜的ID的接受過濾要求。大大減少了系統(tǒng)軟件設計復雜度及運行時的負擔。設置驗收濾波器工作方式，必須首先創(chuàng)建LUT表格，指定每個表格的起始地址，并用實際的ID地址初始化該表格。最后設定驗收濾波器模式寄存器。若該節(jié)點不主動發(fā)送數據，可選擇在總線不活動時進入睡眠模式。

2.2 數據發(fā)送

將待發(fā)送的數據打包成符合CAN 協(xié)議的幀格式后，便可寫入發(fā)送緩存區(qū)，并啟動發(fā)送。在寫發(fā)送緩存區(qū)前必須查詢其狀態(tài)。LPC2294中的CAN控制器為了提高大量數據發(fā)送的效率，每個CAN控制器都有三個獨立的發(fā)送緩沖區(qū)，它們的狀態(tài)可以通過查詢CANSR得知。只有當其中有空閑的發(fā)送緩沖區(qū)時才可將數據寫入。在發(fā)送大量數據數，這一步顯得尤為重要，否則發(fā)送可靠性將不能保證。啟動發(fā)送成功后，只能通過查詢CANGSR的TCS位或配合發(fā)送成功中斷來判斷數據是否發(fā)送成功。

2.3 數據接收

接收數據可采用查詢方式或中斷方式。在某一段時間內，CAN總線并不總是在活動，為了提高效率，可采用中斷方式。在初始化程序中必須使能接收中斷。在中斷服務子程序中，讀取CANICR，判斷是否有接收中斷標志，有則讀取接收緩沖區(qū)數據。

2.4 異常情況處理

在總線發(fā)生嚴重故障的情況下，CAN節(jié)點有可能脫離總線，此時以下寄存器位被置位：CANSR的BS位、CANIR的BEI位和EI位（如果使能）和CANMOD的RM位。RM將許多CAN控制器功能復位和禁止。軟件下一步必須置零RM位。發(fā)送錯誤計數器將遞減計數總線釋放條件（11個連續(xù)的隱性位）的第128個事件。軟件可通過讀取Tx錯誤計數器對計數器遞減計數的情況進行監(jiān)測。

一些不是很嚴重的錯誤一般不會引起總線錯誤，即使不處理也不會產生什么致命錯誤，為了提高中斷處理速度，可以根據實際情況裁減中斷服務程序。

3結束語

由于該方案體積小、功耗低、抗干擾性好，現已應用于電磁環(huán)境復雜的某裝甲車通信設備中，滿足了該項目對CAN網絡節(jié)點的要求。此外該設計作為CAN總線節(jié)點的一個模塊，能夠和儀器儀表等設備相結合，使其具有網絡通信的能力，有著廣闊的應用前景。

本文作者創(chuàng)新點：隔離CAN收發(fā)器CTM1050T的使用取代了在以往的設計方案中需要高速光耦（6N137）、DC/DC電源隔離模塊、CAN收發(fā)器等分立元件才能實現的帶隔離的CAN收發(fā)電路，現在只需利用一片CTM1050T接口芯片就可以實現帶隔離的CAN收發(fā)電路，并且隔離電壓可以達到DC 2500V。在簡化硬件電路開銷的同時提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。