基于LPC2194的4路CAN網(wǎng)橋設計

CAN總線以其設計獨特、成本低、可靠性高、實時性和抗干擾能力強等特點，在汽車工業(yè)、機械工業(yè)、紡織工業(yè)、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械等領域得到了廣泛的應用。從高速網(wǎng)絡到低速的多路接線網(wǎng)絡都可以使用CAN總線，其最高傳輸速率可以達到1 Mbps，最遠傳輸距離可達10 km(傳輸速率在5 kbps以下時)。但是當要求傳輸速率較高且傳輸距離較遠時，單條總線就無法完成；而且在大型的網(wǎng)絡中，經(jīng)常需要多條總線的接入。這就需要同時有中繼與路由功能的CAN網(wǎng)橋來實現(xiàn)以上功能。

　　本文設計的4路CAN網(wǎng)橋可以延長CAN傳輸距離，擴展CAN通信網(wǎng)絡；同時具有路由功能，可實現(xiàn)不同CAN網(wǎng)絡之間的不同路由、不同通信速率的轉換，能夠在大型CAN網(wǎng)絡中起到關鍵作用。

　　1 4路CAN網(wǎng)橋的設計方案

　　1．1 CAN網(wǎng)橋的優(yōu)點

　　使用4路CAN網(wǎng)橋對網(wǎng)絡性能的改善有著很大的幫助，在大型網(wǎng)絡的組網(wǎng)中有以下優(yōu)點：

　　①可以延長網(wǎng)絡的傳輸距離，特別是經(jīng)過幾個CAN網(wǎng)橋的中繼之后，可以極大地延長傳輸距離，能夠達到幾千米甚至幾十千米。

　?、诳梢栽龃驝AN網(wǎng)絡的規(guī)模，4路CAN網(wǎng)橋有4個CAN支路，每條支路又可以增加新的CAN網(wǎng)橋，因此可以組成大規(guī)模的CAN網(wǎng)絡。

　?、劭梢詫崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡之間不同路由的選擇，增強了CAN網(wǎng)絡的可靠性。

　　1．2 設計方案

　　CAN網(wǎng)橋的設計方案一般分為單MCU和多MCU兩種。單MCU速度較慢，不適用于高速網(wǎng)絡；多MCU方案結構復雜，穩(wěn)定性較差。針對以上情況，本設計采用了自帶4路CAN控制器的ARM微控制器LPC2194，同時避免了MCU速度慢和多MCU網(wǎng)絡復雜的情況。

　　LPC2194的特點如下：

　?、倬哂?2位的ARM7微控制器，帶有256 KB的嵌入式高速Flash存儲器。32位代碼能夠在最高時鐘頻率下運行，且功耗極低，處理速度極快。

　?、谧詭?路互聯(lián)的CAN控制器，完全支持CAN2．0B和ISO1198-1的標準，每個CAN控制器均可以實現(xiàn)1Mbps的速率。其全局驗收濾波器可識別所有總線的11位和29位Rx標識符，相對于SJA1000的CAN控制器有著明顯的優(yōu)勢。

　　2 4路CAN網(wǎng)橋的硬件設計

　　2．1 總體設計

　　由于LPC2194集成4路CAN控制器，因此能夠方便地實現(xiàn)4路CAN總線接口，既減小了系統(tǒng)的規(guī)模，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設計采用LPC2194作為主控芯片，具有隔離和保護的CTM8251T作為CAN收發(fā)器。系統(tǒng)的整體結構如圖1所示。

　　2．2 微控制器與CTM8251T的接口設計

　　CTM8251T是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器模塊。該模塊內部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收發(fā)器件，具有2 500 V的隔離功能和CAN-bus總線過壓保護作用。該模塊符合ISO11898標準，因此可以與其他遵從ISO11898標準的CAN收發(fā)器相互操作。由于微控制器LPC2194集成的4路CAN控制器完全相同，因此本設計中只給出1路CAN控制器與CTM8251T的連接圖，如圖2所示。

　　3 4路CAN網(wǎng)橋的軟件設計

　　4路CAN網(wǎng)橋不同于一般的CAN中繼器，可以選擇不同的路由和不同的通信速率。本設計中，4路CAN接口均可以實現(xiàn)與其他3路之間不同路由的選擇和不同通信速率之間的轉換，極大地增強了網(wǎng)絡的可擴展性。4路CAN網(wǎng)橋的工作模式分為兩種：配置模式，可以選擇路由和不同支路的CAN通信速率；正常工作模式，根據(jù)所配置的狀態(tài)來進行工作。

　　3．1 配置模式

　　配置模式的主要工作是將配置信息寫入EEPROM中，在正常工作時可以讀取配置的信息。配置模式的程序流程如圖3所示。

　3．2 正常工作模式