CAN總線在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

read從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)；write向發(fā)送緩沖區(qū)寫(xiě)人數(shù)據(jù)；release關(guān)閉can 控制器；ioctl向can 控制器發(fā)各種操作命令，包括設(shè)置sja1000總線波特率、id過(guò)濾器等；open 打開(kāi)can 控制器，并使用函數(shù)request_irq()向系統(tǒng)申請(qǐng)中斷，并設(shè)置中斷處理程序?yàn)閏an_interrupt()，當(dāng)sja1000內(nèi)部中斷寄存器(ir)的任意位置為1時(shí)，int引腳低電平有效，調(diào)用其中斷處理函數(shù)can-interrupt()，在該函數(shù)中讀取中斷控制寄存器，判斷中斷原因(接收中斷、發(fā)送中斷、錯(cuò)誤中斷、數(shù)據(jù)溢出中斷、喚醒中斷)，從而調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)子程序。
(2)sja1000讀寫(xiě)邏輯分析及設(shè)計(jì)。由于sja1000的地址線和數(shù)據(jù)線是分時(shí)復(fù)用的，需要通過(guò)軟件編程模擬地址鎖存信號(hào)，以達(dá)到數(shù)據(jù)和地址的分時(shí)傳輸，因此，在程序設(shè)計(jì)中，要考慮sja1000的讀寫(xiě)時(shí)序。圖4為sja1000的寫(xiě)時(shí)序圖。

4.2 寫(xiě)時(shí)序邏輯
通過(guò)分析寫(xiě)時(shí)序，可知，sja1000的寫(xiě)數(shù)據(jù)/命令過(guò)程分為以下兩步[4]：
(1)將sja1000的ale引腳信號(hào)拉高，然后往復(fù)用總線上送地址信號(hào)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉低ale信號(hào)，在ale引腳產(chǎn)生下降沿，進(jìn)行地址鎖存。
(2)將cs引腳信號(hào)拉低，并拉低wr信號(hào)，打開(kāi)寫(xiě)允許；然后往復(fù)用總線上送數(shù)據(jù)信號(hào)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉高wr信號(hào)，使wr引腳產(chǎn)生上升沿，進(jìn)行寫(xiě)操作，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入sja1000目標(biāo)寄存器。
linux系統(tǒng)中，不能直接訪問(wèn)物理地址，而是先要映射到內(nèi)核空間中，通過(guò)虛擬地址去訪問(wèn)。由硬件電路可知，sja1000的物理地址是0x50000000，最大空間為為108個(gè)字節(jié)(pelican方式)。sja1000寫(xiě)程序如下：
addr = ioremap(0x50000000, 0x80);
void write_sja1000 (unsigned int data, unsigned int reg) {
writeb (reg, addr+1);
writeb (data, addr);
}
其中，ioremap()為物理地址到虛擬內(nèi)存的映射，addr為地址映射后得到的內(nèi)核空間虛擬地址；reg是sja1000內(nèi)部寄存器地址；data是要寫(xiě)的數(shù)據(jù)。writeb(reg, addr+1)模擬ale鎖存地址，發(fā)地址信號(hào)reg，addr+1將使地址線a0產(chǎn)生高電平，由硬件設(shè)計(jì)電路知道這將使地址鎖存信號(hào)ale拉高；然后，reg被送到了復(fù)用總線上。writeb (data, addr)發(fā)送數(shù)據(jù)到地址reg，addr將使a0拉低，reg被鎖存；然后，data被送到復(fù)用總線上，也就寫(xiě)到了被鎖存的地址reg所指空間。
4.3 讀時(shí)序邏輯
圖5為sja1000的讀時(shí)序圖。

通過(guò)分析讀時(shí)序，可知，sja1000的讀數(shù)據(jù)/命令過(guò)程分為以下兩步[4]：
(1) 將sja1000的ale引腳信號(hào)拉高，然后往復(fù)用總線上送地址信號(hào)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉低ale信號(hào)，在ale引腳產(chǎn)生下降沿，進(jìn)行地址鎖存。
(2)將cs引腳信號(hào)拉低，并拉低rd信號(hào)，打開(kāi)讀允許；然后往復(fù)用總線上送數(shù)據(jù)信號(hào)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉高rd信號(hào)，使rd引腳產(chǎn)生上升沿，進(jìn)行讀操作，將sja1000目標(biāo)寄存器的數(shù)據(jù)讀回。
sja1000讀程序如下：
int read_sja1000 (unsigned int reg) {
writeb (reg , addr+1);
readb ( addr);
}
readb(addr)從地址reg讀取數(shù)據(jù)。addr將使a0拉低，reg被鎖存；然后，通過(guò)復(fù)用總線讀取被鎖存的地址reg所指空間數(shù)據(jù)。
4.4 can通訊應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
(1) can數(shù)據(jù)報(bào)文格式。風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，各控制模塊之間需要傳輸?shù)男盘?hào)很多，包括模擬量、數(shù)字量以及控制指令和控制參數(shù)等。模擬量包括風(fēng)速風(fēng)向，電壓電流，功率，電網(wǎng)頻率，各類轉(zhuǎn)速和溫度等，數(shù)字量包括機(jī)組的各類狀態(tài)信息，如并網(wǎng)狀態(tài)，電源狀態(tài)等及各類故障信息。這些信號(hào)均根據(jù)can協(xié)議封裝為報(bào)文，以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送。每個(gè)報(bào)文可由一個(gè)或一組信號(hào)組成。各個(gè)報(bào)文需要定義其幀格式，包括數(shù)據(jù)id，優(yōu)先級(jí)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等。每個(gè)模擬量均定義為兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，數(shù)字量則占1位。為了提高傳輸效率，多個(gè)數(shù)字量組合為一個(gè)報(bào)文來(lái)發(fā)送。
系統(tǒng)中can通訊協(xié)議采用擴(kuò)展幀格式，29位id定義見(jiàn)圖6。

其中，命令碼是來(lái)自不同模塊的報(bào)文的代號(hào)，占id的高12位，范圍為0x000-0x0FFf，包含同一組信號(hào)的報(bào)文具有唯一的命令碼。源地址和目標(biāo)地址取決于控制器地址，主控制器為0x01，網(wǎng)側(cè)變流控制器為0x02，電機(jī)側(cè)變流控制器為0x03，變槳偏航控制器為0x04。id的低9位分別為后續(xù)幀標(biāo)志和后續(xù)幀幀數(shù)，若后續(xù)幀標(biāo)志為1，則表示該報(bào)文還有后續(xù)幀需要傳輸。
(2) 基于qt/e的圖形界面應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)中主控制器圖形界面應(yīng)用程序基于linux平臺(tái)的qt/e實(shí)現(xiàn)。圖形界面應(yīng)用程序主要功能有兩個(gè)：一是從can 總線接收風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信息，并顯示給用戶，二是判斷并處理機(jī)組狀態(tài)信息，通過(guò)can接口向各子控制模塊發(fā)送控制信息。由于本系統(tǒng)中can以多主方式工作，接收來(lái)自多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并向多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，在應(yīng)用程序中要封裝不同的報(bào)文，還要分析收到數(shù)據(jù)的信息。
為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)，應(yīng)用程序采用多線程機(jī)制，本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)三個(gè)獨(dú)立線程來(lái)處理不同的任務(wù)。主線程負(fù)責(zé)主界面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，歷史數(shù)據(jù)查詢以及機(jī)組狀態(tài)的邏輯判斷和流程控制等。由于數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)是對(duì)磁盤(pán)文件的直接操作，速度較慢，因此在一獨(dú)立線程中實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的寫(xiě)操作，以防止對(duì)主線程控制程序的影響，而對(duì)于歷史數(shù)據(jù)的查詢，現(xiàn)場(chǎng)只在特定情況下用到，仍在主線程中實(shí)現(xiàn)。can總線數(shù)據(jù)的交互比較頻繁，為了避免數(shù)據(jù)的丟失，在一獨(dú)立線程中完成數(shù)據(jù)的接收。
5 結(jié)束語(yǔ)
目前，風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)主要掌握在國(guó)外大企業(yè)手中，國(guó)內(nèi)機(jī)組的控制器主要依靠技術(shù)進(jìn)口，因此，研究并設(shè)計(jì)有自主產(chǎn)權(quán)的機(jī)組控制系統(tǒng)有著深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)
[1] 葉杭冶. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)[m]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.
[2] 孫大鵬. 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電控與安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[d]. 北京:華北電力大學(xué)研究生論文,2009.
[3] 繞運(yùn)濤等. 現(xiàn)場(chǎng)總線can原理與應(yīng)用技術(shù)[m]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007:242-243.
[4] 儲(chǔ)忠,溫陽(yáng)東. 基于s3c2410控制的can總線接口設(shè)計(jì)[j]. 合肥學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,5,2:59-62.