基于C8051F040的CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點設(shè)計

1　智能節(jié)點硬件設(shè)計

C8051F040中內(nèi)置CAN總線協(xié)議控制器,只要外接總線驅(qū)動芯片和適當(dāng)?shù)目垢蓴_電路就可以很方便地建立一個實用的CAN總線智能測控節(jié)點。本文采用PH ILIP公司的TJA1050T CAN總線驅(qū)動器,硬件原理圖如圖1所示。

圖1智能節(jié)點電路

圖1中C8051F040 的CAN信號接收引腳RX 和發(fā)送引腳TX 并不直接連接到TJA1050T 的RXD和TXD端,而是經(jīng)由高速光耦6N137進(jìn)行連接,實現(xiàn)CAN總線各節(jié)點的電氣隔離。為了實現(xiàn)真正意義上完全的電氣隔離,光耦部分的VA和VB必須通過DC-DC 模塊或者是帶有多個隔離輸出的開關(guān)電源模塊進(jìn)行隔離。為防止過流沖擊, TJA1050T 的CANH和CANL引腳各通過一個5Ω 的電阻連接到總線上。并在CANH 和CANL 腳與地之間并聯(lián)2個30pF 的電容,用于濾除總線上高頻干擾。而防雷擊管D1和D2可以起到發(fā)生瞬變干擾時的保護(hù)作用。

TJA1050T的8腳連接到C8051F040的一個端口,用于模式選擇。TJA1050T有高速模式和靜音模式,正常工作在高速模式;而在靜音模式下, TJA1050T 的發(fā)送器被禁能,執(zhí)行只聽功能,可用于防止由于CAN控制器失控而造成的網(wǎng)絡(luò)阻塞。

2　智能節(jié)點通信軟件設(shè)計

2. 1　CPU對CAN寄存器的訪問機理
C8051F040中的CAN寄存器分成3類: CAN控制器協(xié)議寄存器,消息對象接口寄存器,消息處理器寄存器。對于控制CAN主要功能的最重要的3個寄存器可以像單獨的特殊功能寄存器( SFRs)一樣采用直接訪問的方式進(jìn)行訪問。它們分別是CAN控制寄存器,CAN測試寄存器和CAN狀態(tài)寄存器。而對于其他一些寄存器則通過一個間接的指針機制進(jìn)行訪問。

訪問方式為首先在CAN0ADR 寄存器中輸入欲訪問寄存器的索引號,然后通過CAN數(shù)據(jù)寄存器(CAN0DATH 和CAN0DATL) 訪問該CAN寄存器。為加快對頻繁訪問的接口寄存器的訪問速度,在訪問索引范圍0x08～0x12 (接口寄存器1)和0x20～0x2A(接口寄存器2)時有自動加1 功能。當(dāng)CAN0ADR 中的索引號位于這兩個范圍之內(nèi)時, CAN0ADR 在每次讀/寫CAN0DATL 時能自動加1,指向下一個CAN寄存器的16位字。當(dāng)然,采用直接訪問方式的寄存器也可以采用間接訪問方式進(jìn)行訪問。

2. 2　CPU對消息對象的訪問機理
C8051F040中的CAN模塊為CAN總線通信提供了一個消息郵箱(Message RAM),消息郵箱中包含有32個獨立的消息對象(Message Object),每個消息對象的ID校驗碼和驗收濾波碼均可以單獨進(jìn)行配置,用于消息的傳送和接收。為防止CPU 訪問消息郵箱和CAN消息接收傳送之間的沖突, CPU并不直接訪問消息郵箱中的消息對象,而是通過兩組消息對象接口寄存器( IF1和IF2)來進(jìn)行訪問。

訪問方法為,當(dāng)CPU要對一個消息對象進(jìn)行寫入操作時,首先對寄存器組的命令屏蔽寄存器(CommandMask Register)進(jìn)行設(shè)置,用于確定對消息對象的哪些域進(jìn)行寫入,然后對消息緩沖寄存器進(jìn)行設(shè)置,最后在命令請求寄存器(Command Request Register)中寫入欲寫入的消息對象的號碼,完成對消息對象的寫入訪問。

而讀取的方法是,首先對寄存器組的命令屏蔽寄存器進(jìn)行設(shè)置,確定消息對象的哪些部分將要被讀出,最后在命令請求寄存器中寫入欲讀出的消息對象的號碼,這樣消息對象欲讀取的內(nèi)容就傳入消息接口寄存器組中的消息緩沖寄存器中,供CPU讀取。一般情況消息接口寄存器組1用于消息對象的寫入,而寄存器組2用于消息對象的讀出。

2. 3　CAN控制器通信軟件的實現(xiàn)
一般情況下最基本的CAN總線節(jié)點的通信軟件包括3個部分: CAN節(jié)點的初始化,消息的傳送,消息的接收。

2. 3. 1　CAN節(jié)點的初始化
智能節(jié)點的初始化主要包括以下幾個部分: CAN引腳輸出方式的設(shè)置,波特率參數(shù)的設(shè)置,消息對象的初始化,以及當(dāng)允許接收或發(fā)送中斷時對相應(yīng)中斷允許位的設(shè)置。要進(jìn)入初始化狀態(tài),必須設(shè)定CAN控制寄存器中的Init位為1。首先設(shè)置CANTX端口的輸出方式,通過設(shè)置端口交叉開關(guān)寄存器3 (XBR3)中的位7CTXOUT選擇CANTX端口是工作在漏極開路還是推挽輸出方式下。默認(rèn)情況下, CANTX引腳工作在漏極輸出方式下。接著設(shè)置波特率。設(shè)定CCE位為1,將設(shè)置參數(shù)寫入相應(yīng)的寄存器,包括位定時寄存器和BRP擴展寄存器(低通信速率時使用) 。

然后通過消息對象接口寄存器組( IFX)對消息對象進(jìn)行設(shè)置。例如通過設(shè)置Dir確定這是一個發(fā)送消息對象還是一個接收消息對象;設(shè)置Xtd位確定是使用標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴展幀,等等。如果允許接收中斷或發(fā)送中斷則必須設(shè)定TxIE 或RxIE位。對于不使用的消息對象可以通過設(shè)置它的MsgVal位為0加以禁止。在允許接收中斷或者發(fā)送中斷時,相應(yīng)中斷允許位必須被設(shè)置。這些位包括CAN控制寄存器的IE位, E IE2 寄存器的ECAN0位。最后復(fù)位Init和CCE 位完成設(shè)置。CAN節(jié)點的初始化的流程圖如圖2所示。

圖2 CAN節(jié)點初始化流程圖

2. 3. 2　中斷方式下的CAN節(jié)點通信程序
它的一般流程是:首先在中斷服務(wù)子程序中讀取中斷寄存器的值,獲取引起中斷的消息對象的號碼;然后通過判斷狀態(tài)寄存器中是RxOK還是TxOk置位來確認(rèn)是接收還是發(fā)送中斷。如果是發(fā)送中斷,則設(shè)定命令屏蔽寄存器中ClrIntPend位和NewDat位為1,并通過讀取相應(yīng)的消息對象來清除相應(yīng)消息對象的中斷等待位和新數(shù)據(jù)位;如果是接收中斷,在清除上述位的同時讀取消息對象中的相應(yīng)數(shù)據(jù),最后清除狀態(tài)寄存器中的相應(yīng)位。流程圖如圖3所示。

圖3 中斷方式下的CAN節(jié)點通信程序

2. 3. 3　查詢方式下的CAN節(jié)點消息發(fā)送接收程序
對于工作在查詢方式下的發(fā)送消息對象,有兩種方法來進(jìn)行消息的發(fā)送。
第一種方法為設(shè)定其消息請求寄存器的Txqst位為1啟動一個新的消息的發(fā)送,然后通過查詢狀態(tài)寄存器中的TXOK位來判斷消息是否成功發(fā)送。發(fā)送成功后清除相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志位。流程框圖如圖4( a)所示。
第二種方法為首先通過查詢發(fā)送請求寄存器中相應(yīng)的Txqst位是否為0來判斷上次消息是否已成功傳送,如果已成功傳送則可通過設(shè)定其消息請求寄存器的Txqst位為1啟動一個新的消息的發(fā)送。流程框圖如圖4( b)所示。

圖4CAN節(jié)點消息發(fā)送接收程序

對于工作在查詢方式下的接收消息對象,首先通過查詢狀態(tài)寄存器中的RXOK是否置位來判斷是否成功接收到一個消息,然后通過查詢新數(shù)據(jù)寄存器中設(shè)定為接收消息對象的新數(shù)據(jù)位(NewDat)是否為1來判斷哪些消息對象成功接收到了消息,然后依次讀取這些消息對象中的消息,最后清除狀態(tài)寄存器的RXOK位。注意,成功接收到一個消息,則不管它是否通過驗收濾波,都會置位RXOK。查詢方式的CAN總線通信的流程圖如圖4( c)所示。對于實際的CAN總線測控節(jié)點來說,一般情況發(fā)送采用查詢方式,而接收采用中斷方式。