基于DSP的CAN總線多節(jié)點遠程數據傳輸系統(tǒng)

針對在測量環(huán)境較差的場合中,要求測量系統(tǒng)體積小,數據處理性能高且遠程傳輸穩(wěn)定的問題,提出了利用DSP 和CAN總線技術進行遠程數據采集傳輸的方案。系統(tǒng)通過CAN 控制器進行遠程多節(jié)點間的數據傳輸,與上位機采用DSP 的SCI串口進行通信。介紹了系統(tǒng)的硬件接口設計和相應的軟件設計。經測試,系統(tǒng)實現了高效穩(wěn)定的數據傳輸處理,具有很高的實際應用價值。

1 　引言

控制局域網CAN屬于現場總線范圍,是德國Bosch 公司從20 世紀80 年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發(fā)的一種串行數據通信協(xié)議,它是一種多主總線,通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維,通信速度可達1 M bit/ s. CAN 協(xié)議的最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,而對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網絡內的節(jié)點個數在理論上不受限制,數據塊的標識碼可由11 位或29 位二進制數組成,因此可以定義211或229個不同的數據塊,這種按數據塊編碼的方式,還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數據,這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。

2 　系統(tǒng)設計

在很多野外或測量環(huán)境比較差的地方,需要采用體積小,數據處理性能高,并且遠程傳輸穩(wěn)定的數據處理傳輸系統(tǒng)。針對這種要求,設計了多節(jié)點遠程數據采集傳輸系統(tǒng)。在遠端將要檢測的各個節(jié)點的數據采集送到DSP進行處理,通過DSP的CAN控制接口,將各節(jié)點數據傳輸到CAN 總線上,然后用DSP 的串行通信口與上位機進行數據交換和控制操作。

系統(tǒng)采用了DSP 作為微處理器,充分利用DSP 器件的體積小,功耗低,數據處理功能強大的優(yōu)點;同時采用CAN 總線來傳輸數據,不僅結構簡單(只有2 根線與外部連接) ,傳輸穩(wěn)定性高而且傳輸距離遠,尤其是可對網絡內各個節(jié)點通信數據塊進行獨立編碼,加大了數據接收的靈活性,擴展了網絡節(jié)點數。系統(tǒng)在數據采集處理同時,可以方便地與當地PC 利用DSP 的SCI串行口進行通信?；谝陨蟽?yōu)點的方案設計解決了在很多工作環(huán)境惡劣,檢測點較多的場合下的數據處理傳輸問題。

美國德州儀器(TI) 公司的DSP24xx 系列是TI 公司推出的低價格高性能的16 位定點DSP 芯片,是專為數字電機控制和其他控制應用而設計的芯片。選用了TMS320LF2407 芯片作為數據處理芯片,與上位PC 機進行數據傳輸。TMS320LF2407 自帶CAN控制器(符合CAN 總線210 協(xié)議) ,且可以通過設置內部寄存器的自測試位來實現CAN 控制器的自發(fā)自收功能,為調試CAN 通訊的下位機提供了方便?；谛酒拇斯δ苣K,硬件設計只要通過CAN 驅動器(電平轉換) 接到CAN 總線上,就可以與其他CAN 節(jié)點進行通訊。DSP與上位機通信部分可以通過SCI 異步串行通信口來實現。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 　系統(tǒng)結構圖

3 　硬件設計

采用的DSP 芯片自帶了CAN 控制器模塊和SCI 串行通信口,但是在系統(tǒng)各節(jié)點的連接和與PC 機通信上存在電平驅動轉換的問題。

CAN 驅動芯片采用TI 公司的UC5350 驅動芯片。UC5350控制器區(qū)域網轉換器專為采用CAN 通信的工業(yè)應用而設計,具有最高可達1 M bit/ s 的高速收發(fā)特性,并且至少可以連接110 個節(jié)點。圖2 為UC5350 與TMSLF2407 芯片的硬件連接圖。

需要注意的是,在CAN 傳輸網絡的兩個終端CAN 節(jié)點上,節(jié)點的CANH和CANL 兩根信號線之間一定要跨接1個120 Ω的電阻R2 ,這是為了消除傳輸中的回流干擾問題。

圖2 　CAN 驅動硬件圖

DSP 與上位機的通信部分,采用TMS320LF2407 的SCI 異步串口來完成。由于TMS320LF2407 的串行口輸入輸出均為TTL電平,而IBM- PC 機的串行口是按RS - 232 - C 標準設計的,必須經過電平轉換才能實現兩者之間的通信。設計中采用了符合RS - 232 標準的驅動芯片MAX232 進行電平之間的轉換。圖3 為DSP 與PC 串口之間的接口硬件圖。

圖3 　RS232 串口驅動硬件圖

4 　軟件設計

4. 1 　CAN模塊間通信程序的設計
　　
TMS320LF2407 的CAN 模塊是1個16位的外設, 支持CAN2.0B 協(xié)議。CAN 模塊有6 個郵箱(MBOX0～MBOX5) ,其中2 個接收郵箱(MBOX0 , MBOX1) , 2 個發(fā)送郵箱(MBOX4 ,MBOX5) 和2 個可配置為接收或發(fā)送郵箱(MBOX2 ,MBOX3) ;有用于0 ,1 ,2 和3 號郵箱的本地屏蔽寄存器和15 個控制/ 狀態(tài)寄存器。對它的訪問分成控制/ 狀態(tài)寄存器的訪問和郵箱的RAM訪問。這些郵箱位于1個48 ×16位的RAM中,可被CPU或CAN 讀寫。

由于系統(tǒng)是1 個多節(jié)點的遠程數據收發(fā)系統(tǒng),因此對各節(jié)點CAN模塊正確的初始化就顯得十分重要。初始化必須設置各節(jié)點中CAN模塊的通信波特率和同步跳轉寬度一致,且配置好節(jié)點模塊中的接收碼和屏蔽碼。再按照發(fā)送數據幀格式來配置郵箱ID 和信息控制寄存器。

4. 1. 1 　初始化位定時器
　　
CAN 通信中的波特率設定與系統(tǒng)控制狀態(tài)寄存器SCSR1、CAN 模塊中定時器BCR1 和BCR2 有關(其中BCR1 和BCR2 決定了CAN 控制器的通信波特率、同步跳轉寬度、采樣次數和重同步方式) 。在對位定時器進行初始化時,注意要先設置CAN模塊主控制寄存器MCR 中的改變配置請求位為1 ,即CCR = 1 ,并判斷全局狀態(tài)寄存器GSR 中的改變配置使能位CCE 是否為1 ,如為1 則可進行下面的初始化工作。而在完成對位定時器的初始化后需將CCR 位清零以進入正常工作模式; 在配置BCR1 和BCR2 時要按照如下公式對CAN 控制器波特率進行設定:
波特率= ICLK/ [ ( BRP + 1) + BitTime ]
式中: ICLK為CAN 控制器的時鐘頻率,即在SCSR1 中充定的DSP 的系統(tǒng)頻率; BRP 為波特率預分頻位,決定著CAN 控制器的時間片TQ , TQ = ( BRP + 1) / ICLK; BitTime = ( TSEG1 + 1) +( TESG2 + 1) + 1 , TSEG1 為時間段1 ,可編程為3～16個TQ時間片。TSEG2 為時間段2 ,必須小于或等于時間段1。