基于DSP的CAN總線系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

摘要：介紹了基于DSP的CAN控制器的設計及應用方法，利用該方法可以在波特率高達lMb／s的條件下穩(wěn)定、可靠地傳輸數(shù)據(jù)，而且延遲時間很少。實驗證明，利用TMS320F2812內(nèi)嵌的CAN模塊來構(gòu)成的硬件電路和軟件設計十分簡單實用。
關(guān)鍵字：CAN總線；串行通信；分布式控制；DSP；TMS320F2812

0 引言
    eCAN模塊是一種片上增強型控制器，其性能較之已有的DSP內(nèi)嵌CAN控制器有較大的提高，而且數(shù)據(jù)傳輸更加靈活方便，數(shù)據(jù)量更大、可靠性更高、功能更加完備。隨著TMS320F2812的大量推廣使用，基于DSP的CAN總線通信方式將得到廣泛的應用。

1 eCAN模塊的增強特性
    eCAN模塊是TI公司的新一代32位高級CAN控制器，它完全兼容CAN2．0B協(xié)議，可以在有干擾的環(huán)境里使用上述協(xié)議與其它控制器串行通信。該模塊除具有一般DSP內(nèi)嵌CAN控制器的所有功能外，與TMS320F2812系列DSP的CAN模塊相比，它還主要具有如下一些增強特性：
    (1)增加了郵箱數(shù)量，并且所有郵箱都具有獨立的接收屏蔽寄存器。TMS320F2812有多達32個郵箱，其所占用的512字節(jié)RAM都可以配置為
發(fā)送或接收郵箱，且都有一個可編程的接收屏蔽寄存器。因而其數(shù)據(jù)傳輸更加方便靈活、信息量大大增加；
    (2)eCAN是一個32位的高級CAN控制器。其控制寄存器的狀態(tài)寄存器必須以32位方式訪問，而接收屏蔽、時間標識寄存器、超時寄存器和郵箱所在的CAN范圍則可以以8位、16位和32位方式訪問；
    (3)時間標識。eCAN模塊應用一個全速運行的32位定時器(LNT)來獲得接收或者發(fā)送一個信息(有效的CAN數(shù)據(jù)幀)的時間。當一個接收
信息被保存或被發(fā)送時，定時器的內(nèi)容將寫入到相應郵箱的時間標識寄存器(MOTS)里。這樣就可獲得接收或發(fā)送一個信息的時間。當郵箱成功發(fā)送或接收一個信息時，LNT寄存器被清除。所以可以通過使用郵箱來實現(xiàn)網(wǎng)絡的全局時間同步；
    (4)超時功能。為了確定所有的信息都能在預定的時間里送出或接收，每個郵箱都有它自己的超時寄存器(MOTS)。如果一個信息沒有在超
時寄存器設定的時間內(nèi)完成發(fā)送或接收，其超時狀態(tài)寄存器里將設置一個標志位，并據(jù)此判斷是否超時。
    以上這些增強特性使得TMS320F2812在進行CAN通信時，其數(shù)據(jù)傳輸更加方便靈活、數(shù)據(jù)量更大、功能更完備。

2 應用設計
    針對TI公司的TMS320F2812內(nèi)嵌的eCAN模塊的方便性和實用性，可用TMS320F2812微控制器組成一個CAN總線網(wǎng)絡來進行實時數(shù)據(jù)收發(fā)。其
中CAN驅(qū)動器使用TI公司的SN65HVD230D。此方案可擴展性強，功能強大。若要增加節(jié)點個數(shù)，只需要在CAN總線上掛接帶有CAN模塊的控制器
即可。[!--empirenews.page--]
    在TM320F2812的eCAN模塊與USB-CAN模塊之間進行通信時，上位機可選用派恩公司的USB-CAN模塊，其調(diào)試界面為PCANView。這里將eCAN的郵箱0配置成發(fā)送郵箱，郵箱5配置成發(fā)送郵箱，并采用擴展信息幀格式。發(fā)送采用查詢方式，接收用中斷方式，同時可采用DsP將接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)回上位機，并對接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)進行錯誤計數(shù)。圖1所示為采用上位機設置端口、波特率等參數(shù)，并通過USB-CAN模塊與下位機通信的調(diào)試界面圖，它可用來檢驗TM320F2812的CAN總線通信是否正常。

3 硬件設計
    本設計的硬件系統(tǒng)分為兩層：第一層是CAN總線與TMS320F12812接口層，用來實現(xiàn)CAN總線和TMS320F12812的物理接口；第二層為DSP與外
圍器件的信息處理層，其中TMS320F2812是針對控制領(lǐng)域應用而設計的一款新型工控芯片，它集成了數(shù)字IO、事件管理器、A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換、SPI串行外設接口、SCI異步串行通信接口、CAN控制器等控制資源。其CAN總線通信接口電路如圖2所示。

4 軟件設計
    在使用CAN控制器之前，首先必須對它的內(nèi)部寄存器進行初始化設置，包括相關(guān)IO口設置以及郵箱的相關(guān)配置。這里著重介紹如何進行初始化設置和發(fā)送與接收的配置。圖3所示是本系統(tǒng)的主程序流程圖，其CAN配置流程如圖4所示。

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    在軟件設計時，首先應進行IO口配置。由于CAN通訊所用到的兩個引腳CANTX和CANRX均為復用IO口，因此，首先要配置寄存器CANTIOC
的TXFUNC和RXFUNC位為l；再就是要初始化位時序，即對位時序配置寄存器CANBCR進行配置，包括CAN控制器的通訊波特率、同步跳轉(zhuǎn)寬度、采樣次數(shù)等參數(shù)。
    當完成以上CAN配置之后，還需按照圖5所示的流程圖來完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收配置，同時初始化郵箱。郵箱初始化主要是設置郵箱的標識符和控制域(即發(fā)送的是遠程幀還是數(shù)據(jù)幀)，以及對相應的郵箱賦初值。

    數(shù)據(jù)接收時，所接收到的信息的標識符必須與相應的接收郵箱的標識符相同，否則該信息將被濾除。這里，數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收請求均采用標志位查詢方式。
    按照以上步驟設置好后，接著就是對數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收請求進行配置。數(shù)據(jù)接收可采用中斷方式，中斷配置可在主程序流程中進行配置。正確配置中斷入口地址及中斷函數(shù)，并開放CAN接收中斷后，還要分別配置不同的數(shù)據(jù)幀，包括標準幀和擴展幀，以及數(shù)據(jù)幀和遠程請求幀。
    圖6表示為上位機接收數(shù)據(jù)的調(diào)試界面。可以看到，CAN通信和下位機間的數(shù)據(jù)通信，可以寫數(shù)據(jù)并發(fā)送給下位機，同時也可接收下位機的數(shù)據(jù)來驗證電路及軟件的正確性。

5 結(jié)束語
    利用TMS320F2812內(nèi)嵌的eCAN模塊可使得硬件電路設計更為簡單而可靠，而且性能也較已有的DSP內(nèi)嵌的CAN控制器有較大的提高。同時，采用C語言編程，則可使得程序的設計難度降低，提高程序的可維護性并縮短開發(fā)時間。