基于C8051F040的CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點設計

　　1　智能節(jié)點硬件設計

　　C8051F040中內置CAN總線協(xié)議控制器,只要外接總線驅動芯片和適當?shù)目垢蓴_電路就可以很方便地建立一個實用的CAN總線智能測控節(jié)點。本文采用PH ILIP公司的TJA1050T CAN總線驅動器,硬件原理圖如圖1所示。

　　圖1智能節(jié)點電路

　　圖1中C8051F040 的CAN信號接收引腳RX 和發(fā)送引腳TX 并不直接連接到TJA1050T 的RXD和TXD端,而是經(jīng)由高速光耦6N137進行連接,實現(xiàn)CAN總線各節(jié)點的電氣隔離。為了實現(xiàn)真正意義上完全的電氣隔離,光耦部分的VA和VB必須通過DC-DC 模塊或者是帶有多個隔離輸出的開關電源模塊進行隔離。為防止過流沖擊, TJA1050T 的CANH和CANL引腳各通過一個5Ω 的電阻連接到總線上。并在CANH 和CANL 腳與地之間并聯(lián)2個30pF 的電容,用于濾除總線上高頻干擾。而防雷擊管D1和D2可以起到發(fā)生瞬變干擾時的保護作用。

　　TJA1050T的8腳連接到C8051F040的一個端口,用于模式選擇。TJA1050T有高速模式和靜音模式,正常工作在高速模式;而在靜音模式下, TJA1050T 的發(fā)送器被禁能,執(zhí)行只聽功能,可用于防止由于CAN控制器失控而造成的網(wǎng)絡阻塞。

　　2　智能節(jié)點通信軟件設計

　　2. 1　CPU對CAN寄存器的訪問機理

　　C8051F040中的CAN寄存器分成3類: CAN控制器協(xié)議寄存器,消息對象接口寄存器,消息處理器寄存器。對于控制CAN主要功能的最重要的3個寄存器可以像單獨的特殊功能寄存器( SFRs)一樣采用直接訪問的方式進行訪問。它們分別是CAN控制寄存器,CAN測試寄存器和CAN狀態(tài)寄存器。而對于其他一些寄存器則通過一個間接的指針機制進行訪問。

　　訪問方式為首先在CAN0ADR 寄存器中輸入欲訪問寄存器的索引號,然后通過CAN數(shù)據(jù)寄存器(CAN0DATH 和CAN0DATL) 訪問該CAN寄存器。為加快對頻繁訪問的接口寄存器的訪問速度,在訪問索引范圍0x08～0x12 (接口寄存器1)和0x20～0x2A(接口寄存器2)時有自動加1 功能。當CAN0ADR 中的索引號位于這兩個范圍之內時, CAN0ADR 在每次讀/寫CAN0DATL 時能自動加1,指向下一個CAN寄存器的16位字。當然,采用直接訪問方式的寄存器也可以采用間接訪問方式進行訪問。

　　2. 2　CPU對消息對象的訪問機理

　　C8051F040中的CAN模塊為CAN總線通信提供了一個消息郵箱(Message RAM),消息郵箱中包含有32個獨立的消息對象(Message Object),每個消息對象的ID校驗碼和驗收濾波碼均可以單獨進行配置,用于消息的傳送和接收。為防止CPU 訪問消息郵箱和CAN消息接收傳送之間的沖突, CPU并不直接訪問消息郵箱中的消息對象,而是通過兩組消息對象接口寄存器( IF1和IF2)來進行訪問。

　　訪問方法為,當CPU要對一個消息對象進行寫入操作時,首先對寄存器組的命令屏蔽寄存器(CommandMask Register)進行設置,用于確定對消息對象的哪些域進行寫入,然后對消息緩沖寄存器進行設置,最后在命令請求寄存器(Command Request Register)中寫入欲寫入的消息對象的號碼,完成對消息對象的寫入訪問。

　　而讀取的方法是,首先對寄存器組的命令屏蔽寄存器進行設置,確定消息對象的哪些部分將要被讀出,最后在命令請求寄存器中寫入欲讀出的消息對象的號碼,這樣消息對象欲讀取的內容就傳入消息接口寄存器組中的消息緩沖寄存器中,供CPU讀取。一般情況消息接口寄存器組1用于消息對象的寫入,而寄存器組2用于消息對象的讀出。

　　2. 3　CAN控制器通信軟件的實現(xiàn)

　　一般情況下最基本的CAN總線節(jié)點的通信軟件包括3個部分: CAN節(jié)點的初始化,消息的傳送,消息的接收。

　　2. 3. 1　CAN節(jié)點的初始化

　　智能節(jié)點的初始化主要包括以下幾個部分: CAN引腳輸出方式的設置,波特率參數(shù)的設置,消息對象的初始化,以及當允許接收或發(fā)送中斷時對相應中斷允許位的設置。要進入初始化狀態(tài),必須設定CAN控制寄存器中的Init位為1。首先設置CANTX端口的輸出方式,通過設置端口交叉開關寄存器3 (XBR3)中的位7CTXOUT選擇CANTX端口是工作在漏極開路還是推挽輸出方式下。默認情況下, CANTX引腳工作在漏極輸出方式下。接著設置波特率。設定CCE位為1,將設置參數(shù)寫入相應的寄存器,包括位定時寄存器和BRP擴展寄存器(低通信速率時使用) 。

　　然后通過消息對象接口寄存器組( IFX)對消息對象進行設置。例如通過設置Dir確定這是一個發(fā)送消息對象還是一個接收消息對象;設置Xtd位確定是使用標準幀還是擴展幀,等等。如果允許接收中斷或發(fā)送中斷則必須設定TxIE 或RxIE位。對于不使用的消息對象可以通過設置它的MsgVal位為0加以禁止。在允許接收中斷或者發(fā)送中斷時,相應中斷允許位必須被設置。這些位包括CAN控制寄存器的IE位, E IE2 寄存器的ECAN0位。最后復位Init和CCE 位完成設置。CAN節(jié)點的初始化的流程圖如圖2所示。

　　圖2 CAN節(jié)點初始化流程圖

　　2. 3. 2　中斷方式下的CAN節(jié)點通信程序

　　它的一般流程是:首先在中斷服務子程序中讀取中斷寄存器的值,獲取引起中斷的消息對象的號碼;然后通過判斷狀態(tài)寄存器中是RxOK還是TxOk置位來確認是接收還是發(fā)送中斷。如果是發(fā)送中斷,則設定命令屏蔽寄存器中ClrIntPend位和NewDat位為1,并通過讀取相應的消息對象來清除相應消息對象的中斷等待位和新數(shù)據(jù)位;如果是接收中斷,在清除上述位的同時讀取消息對象中的相應數(shù)據(jù),最后清除狀態(tài)寄存器中的相應位。流程圖如圖3所示。

　　圖3 中斷方式下的CAN節(jié)點通信程序

　　2. 3. 3　查詢方式下的CAN節(jié)點消息發(fā)送接收程序

　　對于工作在查詢方式下的發(fā)送消息對象,有兩種方法來進行消息的發(fā)送。

　　第一種方法為設定其消息請求寄存器的Txqst位為1啟動一個新的消息的發(fā)送,然后通過查詢狀態(tài)寄存器中的TXOK位來判斷消息是否成功發(fā)送。發(fā)送成功后清除相應的狀態(tài)標志位。流程框圖如圖4( a)所示。

　　第二種方法為首先通過查詢發(fā)送請求寄存器中相應的Txqst位是否為0來判斷上次消息是否已成功傳送,如果已成功傳送則可通過設定其消息請求寄存器的Txqst位為1啟動一個新的消息的發(fā)送。流程框圖如圖4( b)所示。

　　圖4CAN節(jié)點消息發(fā)送接收程序

　　對于工作在查詢方式下的接收消息對象,首先通過查詢狀態(tài)寄存器中的RXOK是否置位來判斷是否成功接收到一個消息,然后通過查詢新數(shù)據(jù)寄存器中設定為接收消息對象的新數(shù)據(jù)位(NewDat)是否為1來判斷哪些消息對象成功接收到了消息,然后依次讀取這些消息對象中的消息,最后清除狀態(tài)寄存器的RXOK位。注意,成功接收到一個消息,則不管它是否通過驗收濾波,都會置位RXOK。查詢方式的CAN總線通信的流程圖如圖4( c)所示。對于實際的CAN總線測控節(jié)點來說,一般情況發(fā)送采用查詢方式,而接收采用中斷方式。