車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件及其驅(qū)動的設(shè)計

1引言
   在電子技術(shù)迅速發(fā)展以及在汽車上廣泛應(yīng)用的今天，汽車電子化程度越來越高。汽車電子系統(tǒng)中電子控件繁多、通信復(fù)雜度增大必然導(dǎo)致整車布線龐大而且復(fù)雜，安裝空間緊缺，運行可靠性降低，故障維修難度增大。并且為提高信號利用率，要求數(shù)據(jù)信息互通，資源共享，傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)點對點的通訊方式已遠(yuǎn)不能滿足這種需求。對上述問題，在已有成熟的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生。通過總線將汽車上的各種電子裝置與設(shè)備連成一個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)設(shè)備之間的信息共享，既減少了線束， 又可更好地控制和協(xié)調(diào)汽車的各個系統(tǒng)，使汽車性能達(dá)到最佳。 2系統(tǒng)硬件設(shè)計
本硬件系統(tǒng)所設(shè)計的車載網(wǎng)絡(luò)具備數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信、參數(shù)設(shè)置、顯示等功能，能夠很好地對傳感器采集到的車速、車內(nèi)溫度、發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)、水溫以及油量等數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、處理、存儲，并通過顯示屏顯示，使駕駛員及時了解車體總的運行狀況。系統(tǒng)按功能主要分為處理器模塊、USB接口模塊、存儲模塊、 UART異步串行口模塊、CAN模塊、10/100M以太網(wǎng)接口模塊、顯示模塊以及電源。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。
2.1 處理器模塊
     該系統(tǒng)采用Samsung公司開發(fā)的一種32位RISC微處理器S3C2410，內(nèi)含一個 ARM920T內(nèi)核，芯片中集成了16KB 指令Cache、16KB 數(shù)據(jù)Cache、MMU、外部存儲器控制器、NANDFlash控制器、1個LCD控制器、SDRAM控制器、 3個通道兩個獨立的 UART、4個通道的DMA、 8通道的10位ADC、觸摸屏接口、IIC總線接口、1個USB主機(jī)接口，1個USB設(shè)備接口、117位通用I/O口和24位外部中斷源。 S3C2410x支持從NAND Flash啟動，系統(tǒng)采用NAND Flash與SDRAM組合，可以獲得非常高的性價比。
2.2  USB接口模塊S3C2410的USB支持USB1.1版本,由懸空和喚醒功能。USB設(shè)備控制器可以用DMA接口提供一個高性能完備的速率功能控制解決方案,允許批量傳輸、中斷傳輸和控制傳輸。S3C2410擴(kuò)展USB十分方便,按照USB1.1標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議連接即可，可以同時支持USB的低速和高速傳輸。

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2.3  UART串行口模塊
UART，指的是異步串行口。在 ARM9微控制器中包含有兩個UART0和UART1。UART0僅提供TXD和RXD信號引腳，UART1增加了一個調(diào)制截調(diào)器 MODEM接口，其余方面兩者都是完全相同的。
2.4 CAN模塊
本系統(tǒng)采用 Philips公司生產(chǎn)的適合汽車環(huán)境和一般工業(yè)系統(tǒng)環(huán)境的獨立 CAN控制器MCP2510。MCP2510支持 CAN2.0B，而且具有一些新特征，應(yīng)用非常廣泛，是比較典型的獨立CAN控制器。SJA1000有兩種操作模式，即基本CAN模式和具有很多擴(kuò)展功能的Peli CAN模式。
2.5顯示模塊

由于本系統(tǒng)選用芯片已集成了LCD控制器，所以只要選擇合適的 LCD顯示屏即可。系統(tǒng)選擇SHARP公司的LQ080V3DG01顯示屏。 LQ080V3DG01是一款 TFT-LCD顯示模塊，它由彩色TFT-LCD模板、驅(qū)動電路、控制電路、電源電路和背光單元組成，顯示分辨率為RGB640×480，具備3.3V和 5V兩種供電方式。 3驅(qū)動程序設(shè)計
車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件由三部分組成：實時操作系統(tǒng)、硬件驅(qū)動程序和運行于操作系統(tǒng)、 10/100M以太網(wǎng)USB存儲設(shè)備、 USB鼠標(biāo)、 USB鍵盤、 GPRS/CDMA、 GPS 之上的應(yīng)用程序。實時操作系統(tǒng)采用源碼公開的linux操作系統(tǒng)。硬件驅(qū)動程序主要為USB設(shè)備驅(qū)動、CAN控制器驅(qū)動、串口驅(qū)動和LCD控制器驅(qū)動。
3.1 USB設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計
    Linux的USB內(nèi)核子系統(tǒng)中,提供了幾個與設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)直接相關(guān)的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),定義于內(nèi)核源代碼的<linux/usb.h>中。限于篇幅，下面只討論在 Linux下設(shè)計一個典型 USB設(shè)備驅(qū)動程序的通用架構(gòu)流程。
static struct usb_device_id usb_demo_ids[ ] ={{USB DEVICE(venderid ,productid) } }/ * 用于識別設(shè)備的信息* / struct usb_demo_dev{struct usb_device usbdev ; / *指向相對應(yīng)的特定USB設(shè)備*/ struct urb usbdev_irq ; / *用于中斷端點處理的URB * / } ;
static struct file_operations usb_demo_fops = { / * 設(shè)備文件操作函數(shù)集*/ owner ：THIS_MODULE read ：usb_demo_read ； / * 從設(shè)備讀數(shù)據(jù)函數(shù) * / write ：usb_demo_ write；  / * 向設(shè)備寫數(shù)據(jù)函 * / ioctl ：usb_demo_ioctl ；/ * 控制設(shè)備狀態(tài)函數(shù)*  / open ：usb_demo_open；  / * 打開設(shè)備函數(shù) * / release ：usb_demo_release ; / * 釋放設(shè)備函數(shù) * /
}; static struct usb_driver  usb_demo_driver = {probe : probe_demo ； / * 設(shè)備初始化函數(shù) * / disconnect : disconnect_demo ； / * 設(shè)備卸載函數(shù) *  / fops : usb_demo_fops ； / * 設(shè)備文件操作函數(shù)集 *  / static int init usb_demo_init (void) {usb_regester (&usb_demo_driver) ; / * 注冊一個USB設(shè)備* /
} 以上即為Linux中一個典型USB設(shè)備驅(qū)動程序的框架,通常包含設(shè)備初始化、設(shè)備卸載、設(shè)備打開、設(shè)備釋放以及對設(shè)備進(jìn)行讀、寫、控制等部分,是一種相對固定的格式。
3.2CAN控制器驅(qū)動程序的設(shè)計
     Linux下驅(qū)動程序的編寫有特定的規(guī)以及一些必要的模塊，init_module模塊是驅(qū)動程序中用來加載設(shè)備的，系統(tǒng)初始化時調(diào)用。此處用 arm9200_mcp2510_init()作為CAN總線驅(qū)動程序的入口函數(shù)，他將主要完成對MCP2510初始化，調(diào)用 register_chrdev()函數(shù)向系統(tǒng)注冊字符型設(shè)備驅(qū)動程序，使用request_irq()函數(shù)為CAN總線的中斷處理程序。根據(jù)傳遞CAN 數(shù)據(jù)的要求，設(shè)計了如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)予以存放一幀數(shù)據(jù)和對接收緩沖區(qū)進(jìn)行管理： Typedef struct{ unsigned int id; / * CAN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的標(biāo)志符 * / unsigned char data[8]; /  * 要傳的數(shù)據(jù)，最大為8個字節(jié) * / unsigned char dlc; / * 發(fā)送的數(shù)據(jù)長度 * / int IsExt; / * 判斷消息是否為擴(kuò)展幀 * / }candata; Typedef struct{ Candata MCP2510_Candata[128];  / * 定義一個接收緩沖區(qū) * /
int nCanRevpos; / *  數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)的位置指針 * / int nCanReadpos; / *  數(shù)據(jù)讀出的位置指針 * / int loopbackmode; wait_queue_head_t wq; spinlock_t lock; }MCP2510_DEV;
     數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)file_operations是驅(qū)動程序中一個重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)核就是通過這個結(jié)構(gòu)來訪問驅(qū)動的。應(yīng)用程序通過對_read()、_write()、_ioctl()函數(shù)調(diào)用驅(qū)動中相應(yīng)的程序來讀寫數(shù)據(jù)和控制字符設(shè)備的工作。
3.3 串口驅(qū)動程序的設(shè)計串口驅(qū)動程序采用查詢方式，主要包括串口初始化函數(shù)、數(shù)據(jù)接收函數(shù)和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)。串口初始化函數(shù)USIinit()主要是用來設(shè)置USART工作是的參數(shù)，用戶應(yīng)用程序可以通過調(diào)用數(shù)據(jù)接收函數(shù)RevUSData()對接收到的函數(shù)進(jìn)行各種處理。USART的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送都是一個主動的過程，因此此函數(shù)的設(shè)計較為簡單。數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)SendUSData()類似于數(shù)據(jù)接收函數(shù)，可以被用戶程序調(diào)用。
3.4 LCD控制器驅(qū)動程序的設(shè)計      在驅(qū)動LCD設(shè)計過程中首要的是要配置LCD控制器，而在配置LCD控制器時最重要的則是

指定幀緩沖區(qū)(FrameBuffer)。幀緩沖設(shè)備對應(yīng)的設(shè)備文件是/dev/fb*，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下： Static struct file_operations fb_fops={ ower:THIS_MODULE,  read:fb_read, write:fb_write, ioctl:fb_ioctl, mmap:fb_mmap, open:fb_open,
 }
     其中的函數(shù)對具體的硬件進(jìn)行操作，對寄存器進(jìn)行設(shè)置，對顯示緩沖進(jìn)行映射。初始化函數(shù)首先初始化LCD控制器，在Linux中可以用kmalloc()函數(shù)動態(tài)分配連續(xù)LCD顯示緩沖區(qū)。接著就是初始化一個fb_info結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充成員變量，調(diào)用register_framebuffer(& fb_info)，將fb_info注冊入內(nèi)核。結(jié)構(gòu)fb_info的成員函數(shù): struct fb_ops{
int (*fb_get_fix)(struct fb_fix_screeninfo *fix, int con, struct fb_info *info); int (*fb_get_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info); int (*fb_set_var)(struct fb_var_screeninfo *var, int con, struct fb_info *info);
}

4結(jié)束語
本文詳細(xì)介紹了嵌入式車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的底層硬件和驅(qū)動程序的設(shè)計并成功地完成了硬件與軟件的調(diào)試。本文作者創(chuàng)新點:此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)極大地減少了電控裝置數(shù)，節(jié)省了粗大線束占用的汽車寶貴空間資源以及實現(xiàn)了汽車內(nèi)部電子儀表間的數(shù)據(jù)共賞、通信與處理，從而提高了汽車的安全性能。