基于S3C2410的CAN總線通信設(shè)計與開發(fā)
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網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和研究熱點，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的重要組成部分，近年來在實際的控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。CAN(Con- troller Area Network)總線作為一種容錯性強、可靠性高、布線簡單且成本低廉的現(xiàn)場總線倍受用戶欽睞，在國內(nèi)CAN總線已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的獨立CAN控制器SJA1000因存在如地址、數(shù)據(jù)總線的分時復(fù)用常導(dǎo)致接口效率低下;接收、發(fā)送緩沖區(qū)的個數(shù)太少，導(dǎo)致數(shù)據(jù)吞吐率不高;幀屏蔽和過濾器的設(shè)置不夠靈活，不能滿足同時需要更多屏蔽和過濾條件的要求等。
ARM芯片S3C2410是一種高集成度，高性價比的嵌入式處理芯片，已成功用于工控設(shè)備上。然而其美中不足的是沒有集成CAN控制器，使其在工控產(chǎn)品中的應(yīng)用中受到了一定的阻礙。為了解決這一問題，同時考慮到盡可能降低硬件電路的復(fù)雜性，保證CAN總線通訊的穩(wěn)定性和效率，采用帶SPI接口的獨立CAN控制器MCP2515來給S3C2410擴展CAN接口。下面以自行開發(fā)的人機界面(HMI,Human Machine Interface)中CAN總線通訊接口設(shè)計為例進行說明。
2 CAN總線接口硬件設(shè)計
下面先簡要介紹相關(guān)控制器芯片，后對CAN接口硬件設(shè)計作詳細說明。
2.1 ARM芯片S3C2410和CAN控制器MCP2515簡介
S3C2410是三星公司設(shè)計的32位RISC嵌入式處理器。該芯片基于ARM920T內(nèi)核，采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，提供1.1MIPS/MHz的性能。為了減少應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的成本，S3C2410集成了眾多的常用資源，如:LCD控制器、SDRAM控制器、一個觸摸屏接口、兩個SPI接口等，內(nèi)核最高工作頻率可達266MHz。
獨立CAN控制器MCP2515靈活的中斷能力、接收幀屏蔽和過濾、幀優(yōu)先級設(shè)定等特性使其能夠很好的對信息進行管理，減輕了處理器的負擔(dān)和軟件設(shè)計的復(fù)雜度。其獨特功能如下:
(1) 有標準幀和擴展幀兩種數(shù)據(jù)幀可供選擇，每個幀的數(shù)據(jù)字段長度可為0-8字節(jié)，標準幀數(shù)據(jù)段的前兩個字節(jié)可單獨過濾;
(2) 內(nèi)含3個發(fā)送緩沖器和2個接收緩沖器，并且其優(yōu)先級可編程設(shè)定;
(3) 內(nèi)含6個29字節(jié)的接收過濾器和2個29字節(jié)的接收屏蔽器;
(4) 具有Loop-Back(自環(huán)檢測)模式;支持更高層的協(xié)議，如DeviceNet、SAEJ1939;
2.2 硬件接口設(shè)計
S3C2410的SPI接口兼容SPI V2.11協(xié)議，可支持查詢、中斷和DMA三種數(shù)據(jù)傳送模式。MCP2515連接到S3C2410的SPI0口，其相互連接關(guān)系如圖1所示。
圖1 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)特性
(2) 為了隔離總線上的干擾信號，提高系統(tǒng)的可靠性，CAN控制器與CAN收發(fā)器之間采用了光隔。光隔的兩邊應(yīng)該采用獨立的供電電源，不可與系統(tǒng)的其他部分直接共地。
(3) 在CANH和CANL之間使用了兩個等值電阻(R410、R411)和旁路電容(C408)來提高EME(Electro Magnatic Emission)性能，減少該部分對系統(tǒng)其他部分的干擾。
(4) MCP2515在初始上電、復(fù)位以及從休眠模式喚醒后最初的128 OSC時鐘周期內(nèi)，OST(振蕩啟動定時器)保持復(fù)位狀態(tài)。應(yīng)注意在OST超時前不應(yīng)對SPI進行操作。
(5) RX是為減少EMI(Electro Magnatic Interference)而設(shè)計的。CANH、CANL的轉(zhuǎn)換率與RX上流經(jīng)的電流成正比。
3 CAN總線接口軟件設(shè)計
CAN總線軟件接口為應(yīng)用層訪問CAN控制器—MCP2515提供了一個便捷的“通道”，該“通道”屏蔽了CAN控制器工作的實現(xiàn)細節(jié)，使得應(yīng)用層面向通信是透明的。該接口通過SPI接口通信來實現(xiàn)對CAN控制器的操作。它們之間的相互關(guān)系如圖2所示。
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