基于C8051F040的CAN總線(xiàn)系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1　智能節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

C8051F040中內(nèi)置CAN總線(xiàn)協(xié)議控制器,只要外接總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)芯片和適當(dāng)?shù)目垢蓴_電路就可以很方便地建立一個(gè)實(shí)用的CAN總線(xiàn)智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)。本文采用PH ILIP公司的TJA1050T CAN總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器,硬件原理圖如圖1所示。

圖1智能節(jié)點(diǎn)電路

圖1中C8051F040 的CAN信號(hào)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(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)各節(jié)點(diǎn)的電氣隔離。為了實(shí)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(guò)DC-DC 模塊或者是帶有多個(gè)隔離輸出的開(kāi)關(guān)電源模塊進(jìn)行隔離。為防止過(guò)流沖擊, TJA1050T 的CANH和CANL引腳各通過(guò)一個(gè)5Ω 的電阻連接到總線(xiàn)上。并在CANH 和CANL 腳與地之間并聯(lián)2個(gè)30pF 的電容,用于濾除總線(xiàn)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(shí)的保護(hù)作用。

TJA1050T的8腳連接到C8051F040的一個(gè)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(tīng)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(diǎn)通信軟件設(shè)計(jì)

2. 1　CPU對(duì)CAN寄存器的訪(fǎng)問(wèn)機(jī)理

C8051F040中的CAN寄存器分成3類(lèi): CAN控制器協(xié)議寄存器,消息對(duì)象接口寄存器,消息處理器寄存器。對(duì)于控制CAN主要功能的最重要的3個(gè)寄存器可以像單獨(dú)的特殊功能寄存器( SFRs)一樣采用直接訪(fǎng)問(wèn)的方式進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。它們分別是CAN控制寄存器,CAN測(cè)試寄存器和CAN狀態(tài)寄存器。而對(duì)于其他一些寄存器則通過(guò)一個(gè)間接的指針機(jī)制進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

訪(fǎng)問(wèn)方式為首先在CAN0ADR 寄存器中輸入欲訪(fǎng)問(wèn)寄存器的索引號(hào),然后通過(guò)CAN數(shù)據(jù)寄存器(CAN0DATH 和CAN0DATL) 訪(fǎng)問(wèn)該CAN寄存器。為加快對(duì)頻繁訪(fǎng)問(wèn)的接口寄存器的訪(fǎng)問(wèn)速度,在訪(fǎng)問(wèn)索引范圍0x08～0x12 (接口寄存器1)和0x20～0x2A(接口寄存器2)時(shí)有自動(dòng)加1 功能。當(dāng)CAN0ADR 中的索引號(hào)位于這兩個(gè)范圍之內(nèi)時(shí), CAN0ADR 在每次讀/寫(xiě)CAN0DATL 時(shí)能自動(dòng)加1,指向下一個(gè)CAN寄存器的16位字。當(dāng)然,采用直接訪(fǎng)問(wèn)方式的寄存器也可以采用間接訪(fǎng)問(wèn)方式進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

2. 2　CPU對(duì)消息對(duì)象的訪(fǎng)問(wèn)機(jī)理

C8051F040中的CAN模塊為CAN總線(xiàn)通信提供了一個(gè)消息郵箱(Message RAM),消息郵箱中包含有32個(gè)獨(dú)立的消息對(duì)象(Message Object),每個(gè)消息對(duì)象的ID校驗(yàn)碼和驗(yàn)收濾波碼均可以單獨(dú)進(jìn)行配置,用于消息的傳送和接收。為防止CPU 訪(fǎng)問(wèn)消息郵箱和CAN消息接收傳送之間的沖突, CPU并不直接訪(fǎng)問(wèn)消息郵箱中的消息對(duì)象,而是通過(guò)兩組消息對(duì)象接口寄存器( IF1和IF2)來(lái)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

訪(fǎng)問(wèn)方法為,當(dāng)CPU要對(duì)一個(gè)消息對(duì)象進(jìn)行寫(xiě)入操作時(shí),首先對(duì)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(duì)消息對(duì)象的哪些域進(jìn)行寫(xiě)入,然后對(duì)消息緩沖寄存器進(jìn)行設(shè)置,最后在命令請(qǐng)求寄存器(Command Request Register)中寫(xiě)入欲寫(xiě)入的消息對(duì)象的號(hào)碼,完成對(duì)消息對(duì)象的寫(xiě)入訪(fǎng)問(wèn)。

而讀取的方法是,首先對(duì)寄存器組的命令屏蔽寄存器進(jìn)行設(shè)置,確定消息對(duì)象的哪些部分將要被讀出,最后在命令請(qǐng)求寄存器中寫(xiě)入欲讀出的消息對(duì)象的號(hào)碼,這樣消息對(duì)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(duì)象的寫(xiě)入,而寄存器組2用于消息對(duì)象的讀出。

2. 3　CAN控制器通信軟件的實(shí)現(xiàn)

一般情況下最基本的CAN總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的通信軟件包括3個(gè)部分: CAN節(jié)點(diǎn)的初始化,消息的傳送,消息的接收。

2. 3. 1　CAN節(jié)點(diǎn)的初始化

智能節(jié)點(diǎn)的初始化主要包括以下幾個(gè)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(duì)象的初始化,以及當(dāng)允許接收或發(fā)送中斷時(shí)對(duì)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(guò)設(shè)置端口交叉開(kāi)關(guān)寄存器3 (XBR3)中的位7CTXOUT選擇CANTX端口是工作在漏極開(kāi)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(xiě)入相應(yīng)的寄存器,包括位定時(shí)寄存器和BRP擴(kuò)展寄存器(低通信速率時(shí)使用) 。

然后通過(guò)消息對(duì)象接口寄存器組( IFX)對(duì)消息對(duì)象進(jìn)行設(shè)置。例如通過(guò)設(shè)置Dir確定這是一個(gè)發(fā)送消息對(duì)象還是一個(gè)接收消息對(duì)象;設(shè)置Xtd位確定是使用標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)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(duì)于不使用的消息對(duì)象可以通過(guò)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(shí),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(diǎn)的初始化的流程圖如圖2所示。

圖2 CAN節(jié)點(diǎn)初始化流程圖

2. 3. 2　中斷方式下的CAN節(jié)點(diǎn)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(duì)象的號(hào)碼;然后通過(guò)判斷狀態(tài)寄存器中是RxOK還是TxOk置位來(lái)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(guò)讀取相應(yīng)的消息對(duì)象來(lái)清除相應(yīng)消息對(duì)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(shí)讀取消息對(duì)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(diǎn)通信程序

2. 3. 3　查詢(xún)方式下的CAN節(jié)點(diǎn)消息發(fā)送接收程序

對(duì)于工作在查詢(xún)方式下的發(fā)送消息對(duì)象,有兩種方法來(lái)進(jìn)行消息的發(fā)送。

第一種方法為設(shè)定其消息請(qǐng)求寄存器的Txqst位為1啟動(dòng)一個(gè)新的消息的發(fā)送,然后通過(guò)查詢(xún)狀態(tài)寄存器中的TXOK位來(lái)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(guò)查詢(xún)發(fā)送請(qǐng)求寄存器中相應(yīng)的Txqst位是否為0來(lái)判斷上次消息是否已成功傳送,如果已成功傳送則可通過(guò)設(shè)定其消息請(qǐng)求寄存器的Txqst位為1啟動(dòng)一個(gè)新的消息的發(fā)送。流程框圖如圖4( b)所示。

圖4CAN節(jié)點(diǎn)消息發(fā)送接收程序

對(duì)于工作在查詢(xún)方式下的接收消息對(duì)象,首先通過(guò)查詢(xún)狀態(tài)寄存器中的RXOK是否置位來(lái)判斷是否成功接收到一個(gè)消息,然后通過(guò)查詢(xún)新數(shù)據(jù)寄存器中設(shè)定為接收消息對(duì)象的新數(shù)據(jù)位(NewDat)是否為1來(lái)判斷哪些消息對(duì)象成功接收到了消息,然后依次讀取這些消息對(duì)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(gè)消息,則不管它是否通過(guò)驗(yàn)收濾波,都會(huì)置位RXOK。查詢(xún)方式的CAN總線(xiàn)通信的流程圖如圖4( c)所示。對(duì)于實(shí)際的CAN總線(xiàn)測(cè)控節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō),一般情況發(fā)送采用查詢(xún)方式,而接收采用中斷方式。