基于RealView MDK的CAN總線仿真研究

摘要：RealView MDK具有強(qiáng)大的仿真功能，能仿真很多ARM芯片內(nèi)部外設(shè)。文章以RealView MDK為開(kāi)發(fā)環(huán)境，敘述了CAN總線的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程，并給出了仿真結(jié)果。
關(guān)鍵詞：RealView MDK；CAN總線；仿真；LPC2378

0 引言
    RealView MDK是ARM公司的產(chǎn)品，被全球超過(guò)10萬(wàn)的嵌入式開(kāi)發(fā)工程師驗(yàn)證和使用，是ARM公司目前最新推出的針對(duì)各種嵌入式處理器的軟件開(kāi)發(fā)工具。RealView MDK集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包括μVision3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境與RealView編譯器。支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動(dòng)配置啟動(dòng)代碼，集成Flash燒寫(xiě)模塊，強(qiáng)大的Simulation設(shè)備模擬、性能分析等功能。
    當(dāng)前多數(shù)基于ARM的開(kāi)發(fā)工具都有仿真功能，但是僅僅局限于對(duì)內(nèi)核指令集的仿真。而RealView MDK的設(shè)備模擬器可以仿真整個(gè)目標(biāo)硬件，包括快速指令集仿真、外部信號(hào)和I／O仿真、中斷過(guò)程仿真、片內(nèi)外圍設(shè)備仿真等。開(kāi)發(fā)工程師在無(wú)硬件的情況下即可開(kāi)始軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試，使軟硬件開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行，大大縮短開(kāi)發(fā)周期。而一般的ARM開(kāi)發(fā)工具僅提供指令集模擬器，只能支持ARM內(nèi)核模擬調(diào)試。
    CAN總線即控制器局域網(wǎng)(Controller Area Net)是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，主要用于各種過(guò)程檢測(cè)及控制。CAN最初是由德國(guó)BOSCH公司為汽車(chē)監(jiān)測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的，目前CAN已逐步應(yīng)用到其它工業(yè)控制中，現(xiàn)已成為ISO-11898國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

1 LPC2378的CAN總線控制器說(shuō)明
    LPC2378是NXP公司推出的ARM7微控制器，它包含有2路獨(dú)立的CAN模塊，其CAN控制器的特點(diǎn)是：兼容CAN規(guī)范2．0B，多主機(jī)結(jié)構(gòu)，帶有無(wú)破壞性的位仲裁，由報(bào)文標(biāo)識(shí)符(1l位或29位)確定總線訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)，可編程的傳輸速率(高達(dá)1Mb／s)，多播和廣播報(bào)文功能，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度從0到8字節(jié)，強(qiáng)大的錯(cuò)誤處理能力，非歸零(NRZ)編碼／譯碼，帶有位填充。
    每個(gè)CAN總線控制器包括：APB總線接口、驗(yàn)收濾波器接口、向量中斷控制器接口、通用狀態(tài)寄存器接口，這些接口連接芯片內(nèi)部；還包括接口管理單元、3個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)、2個(gè)接收緩沖器、錯(cuò)誤管理邏輯單元、位時(shí)序邏輯、位流處理。芯片外部外接CAN總線收發(fā)器。CAN總線控制器控制著數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

    CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程為：CPU通過(guò)內(nèi)部總線向CAN控制器的發(fā)送寄存器里填寫(xiě)需要發(fā)的數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng)CAN控制器的發(fā)送使能，發(fā)送的數(shù)據(jù)分別經(jīng)過(guò)位流管理器(變成在總線上發(fā)送的二進(jìn)制碼)、錯(cuò)誤管理邏輯(負(fù)責(zé)檢測(cè)總線狀態(tài)及發(fā)送是否出現(xiàn)錯(cuò)誤)及位時(shí)序邏輯(管理數(shù)據(jù)在總線上的發(fā)送時(shí)序)、CAN收發(fā)器(負(fù)責(zé)把位流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線夠傳輸?shù)牟罘蛛娖?，這樣就完成了一幀CAN數(shù)據(jù)的發(fā)送。
    CAN總線的接收與CAN數(shù)據(jù)的發(fā)送是一個(gè)相反的過(guò)程，當(dāng)CAN收發(fā)器檢測(cè)到CAN總線上有數(shù)據(jù)時(shí)，CAN收發(fā)器把CAN總線上的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成位流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤管理器及位時(shí)序邏輯單元對(duì)位數(shù)據(jù)流和時(shí)序進(jìn)行檢查，再經(jīng)過(guò)位流管理器把位流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)據(jù)并存放到接收緩沖器中，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完了之后則由接收緩沖器產(chǎn)生數(shù)據(jù)接收中斷(通知CPU已經(jīng)接收到一幀新數(shù)據(jù))，并將產(chǎn)生的各種狀態(tài)通過(guò)狀態(tài)寄存器的值來(lái)表示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    本文所述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能為：LPC2378的兩個(gè)CAN控制模塊各作為獨(dú)立的CAN總線節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)它們之間的通信。為構(gòu)建一個(gè)完整的CAN總線仿真環(huán)境，軟件設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能為：仿真一A／D轉(zhuǎn)換通道，A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值傳給CAN模塊2，CAN模塊l接收來(lái)自CAN模塊2的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送通道為A／D轉(zhuǎn)換→CAN2→CANl。
2．1 定義一幀CAN數(shù)據(jù)的格式
   

2．2 初始化CAN控制器

2．3 中斷服務(wù)程序
    每當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)，或接收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)都觸發(fā)中斷。

2．4 主程序流程圖

3 仿真結(jié)果
    編譯并運(yùn)行程序，打開(kāi)CAN總線的Communication菜單項(xiàng)，可以看到圖3所示的仿真結(jié)果。其中Number表示CAN消息的序號(hào)；States表示CAN消息的時(shí)間戳，它們是使用CPU狀態(tài)標(biāo)記的；#表示是哪一個(gè)CAN模塊；ID表示CAN消息的標(biāo)識(shí)，在發(fā)送或接收時(shí)使用；Dir表示CAN消息的傳送方向；Xmit表示CAN控制器發(fā)送消息；Rec表示CAN控制器接受消息；Len表示一幀中數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度；data表示所傳送的具體數(shù)據(jù)場(chǎng)。
    從仿真結(jié)果中可以看出，CAN模塊2發(fā)送數(shù)據(jù)(Xmit)，CAN模塊1接收數(shù)據(jù)(Rec)，數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度3個(gè)字節(jié)，達(dá)到了預(yù)期的仿真效果。

4 結(jié)束語(yǔ)
    RealView MDK具有強(qiáng)大的仿真功能，不僅能仿真CAN總線，還能仿真GPIO、I2C、SPI、A／D、D／A轉(zhuǎn)換等。在嵌入式系統(tǒng)的前期開(kāi)發(fā)中，我們可以利用其仿真功能，不受硬件和地點(diǎn)的限制，使硬件和軟件的開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行，有效縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期。