嵌入式Win CE中CAN總線控制器的驅動設計與實現(xiàn)

摘 要：CAN總線是一種具有國際標準且性價比較高的現(xiàn)場總線，在當今自動控制領域的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。這里簡要地介紹了CAN總線及其控制器sJAl000的工作原理和Win CE下流接口驅動程序的相關知識。采用Win CE流接口驅動程序實現(xiàn)對CAN控制器訪問并操作，并詳細地分析了SJA1000驅動程序的設計與實現(xiàn)，并使用Platform Builder將驅動編譯進內(nèi)核，以動態(tài)鏈接庫的形式提供給用戶，為進一步開發(fā)嵌入式Win CE操作系統(tǒng)系統(tǒng)下CAN總線設備提供了一個良好的底層硬件驅動支持。
關鍵詞：CAN總線；SJAl000；WinCE；流接口驅動；Platform Builder

0 引 言
    近年來，由于消費電子、計算機、通信(3c)一體化趨勢日趨明顯，嵌入式系統(tǒng)再度成為研究和應用的熱點。嵌入式操作系統(tǒng)(：Real-time Embedded OperatingSystem，RTOs或EOs)作為一種實時的、支持嵌入式系統(tǒng)應用的操作系統(tǒng)軟件，成為嵌入式系統(tǒng)(包括硬、軟件系統(tǒng))極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設備驅動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標準化瀏覽器Browser等。Windows CE操作系統(tǒng)就是微軟公司從整體上為有限資源平臺設計的多線程、完整優(yōu)先權、多任務的操作系統(tǒng)Win CE支持各種處理器產(chǎn)品家族，包括x86，Xscale，ARM，MIPS和SH系列。它的模塊化設計允許它對從掌上電腦到專用工業(yè)控制器的用戶電子設備進行定制，選擇系統(tǒng)模塊和組件的多少決定了所需內(nèi)存的大小。
    Windows CE操作系統(tǒng)之所以能夠支持各種各樣的硬件設備，是因為對每一款硬件設備，都有其對應的設備驅動程序，否則這款硬件就無法在Windows CE下正常工作。win CE提供了4種設備模型，其中2種是專門用于Win CE的模型，另外2種外部模型來自其他的操作系統(tǒng)?；赪in CE的兩種模型是本機的設備驅動程序和流接口的驅動程序；兩種外部模型用于通用串行總線(USB)和網(wǎng)絡驅動器接口標準(NDIS)驅動程序。下面針對Win CE系統(tǒng)下基于三星公司的ARM9內(nèi)核芯片S3c2410的CAN總線控制器SJAl000，以流接口驅動程序形式進行設計。

l CAN總線及控制器工作原理
    控制器局域網(wǎng)CAN是由ISO定義的串行通信總線，主要用于各種過程檢測及控制。它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1 Mb／s。cAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。它的基本設計規(guī)范要求有高位速率和高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。由于cAN串行通信總線具有這些特性，它很自然的在汽車制造業(yè)以及航空工業(yè)中受到廣泛應用。
    SJAl000是一種獨立控制器用于移動目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡控制(CAN)。它是Philips半導體公司的PC．A82(；200 CAN控制器(BasicCAN)的替代產(chǎn)品。而且它增加了一種新的工作模式(PeliCAN)，這種模式支持具有很多新特性的CAN2．0B協(xié)議。其內(nèi)部體系結構如下圖1所示。

    CAN核心模塊控制CAN幀的發(fā)送和接收。接口管理邏輯負責連接外部主控制器，該控制器可以是衛(wèi)星控制器件或任何其他器件。經(jīng)過SJAl000復用的地址／數(shù)據(jù)總線訪問寄存器和控制讀／寫選通信號都在這處理。SJAl000的發(fā)送緩沖器能夠存儲一個完整的報文(擴展或標準的)。當主控制器初始化發(fā)送，接口管理邏輯會使CAN核心模塊從發(fā)送緩沖器讀CAN報文。當收到一個報文時，CAN核心模塊將串行位流轉換成用于驗收濾波器的并行數(shù)據(jù)。通過這個可編程的濾波器，SJAl000能確定主控制器要接收哪些報文。所有收到的報文由驗收濾波器驗收并存儲在接收FIFO。儲存報文的多少由工作模式?jīng)Q定，最多能存儲32個報文。

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2 流接口驅動程序工作機制
    相比于本機設備驅動程序，流接口驅動程序表現(xiàn)為一個動態(tài)鏈接庫，由設備管理器統(tǒng)一加載、管理和卸載。與具有單獨目的的內(nèi)部設備驅動程序相比，所有的流接口驅動程序都是用同一組接口并調用同一個函數(shù)集——流接口函數(shù)。win CE的文件系統(tǒng)通過這些人口點函數(shù)與流接口驅動進行通信，從而達到應用程序訪問驅動程序、操作硬件的目的。流接口驅動程序要實現(xiàn)的DLL接口見表1。

    在實際的開發(fā)中，上述接口名稱中的XXX三個字母被具體設備的設備文件名所代替。流接口驅動程序通過編譯后，生成DLL文件，即動態(tài)鏈接庫文件。

3 CAN總線控制器sJAl000驅動程序設計
    CAN總線控制器SJAl000驅動采用流接口驅動程序模型，要實現(xiàn)的流接口函數(shù)分別為CAN_Init，CAN_Deinit，CAN_Open，CAN_Close，CAN_Read，CAN_write，CAN_IOControl等。應用程序使用CreatFile()函數(shù)以文件的方式打開CAN控制器驅動，以獲取驅動文件的句柄，然后使用該句柄調用DeviceloControl()，ReadFile()，WriteFile()函數(shù)來CAN控制器的各種功能。
    由于篇幅有限，下面僅針對CAN_Init，CAN_Read和CAN_IntrThread函數(shù)的實現(xiàn)進行詳細的設計。
3．1 CAN_Init函數(shù)的設計實現(xiàn)
    當用戶開始使用CAN總線控制器時，設備管理器調用這個函數(shù)來初始化控制器設備SJAl000。這個函數(shù)是通過設備管理器提供的ActiveDeviceEx()函數(shù)來調用的。函數(shù)執(zhí)行后，如果成功就返回設備的句柄。CAN_Init函數(shù)的流程如圖2所示。

3．2 CAN_Read函數(shù)的設計實現(xiàn)
  根據(jù)CAN協(xié)議規(guī)范，報文的接收由CAN控制器SJAl000獨立完成，收到的報文放在接收緩沖器?？梢园l(fā)送給主控制器的報文由狀態(tài)寄存器的接收緩沖器狀態(tài)標志“RBS‘’和接收中斷標志“RI”標出(如果使能)。主控制器會將這條信息發(fā)送到本地的報文存儲器，然后釋放接收緩沖器并對報文操作。發(fā)送過程能被SJAl000的中斷請求或查詢SJAl000的控制段狀態(tài)標志來控制。cAN_Read函數(shù)操作成功則返回實際讀取的字節(jié)數(shù)，否則返回值為-1。CAN_Read函數(shù)程序的流程圖如圖3所示。

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3．3 CAN_IntrThread函數(shù)的設計實現(xiàn)
    在SJAl000控制器中，報文的發(fā)送和接收是采用中斷方式來完成的。內(nèi)核函數(shù)InterruptInitialize()外部中斷事件和將邏輯中斷號綁定，這一步就會使能該中斷。當該中斷發(fā)生時，ISR就觸發(fā)該事件生效。完成以上工作后，驅動程序中的IST就可以使用WaitForsin-gleObject()函數(shù)等待中斷的發(fā)生。中斷處理結束后，IST需要調用InterruptDone()告訴操作系統(tǒng)中斷處理結束。中斷服務線程CAN_IntrThread函數(shù)程序流程圖如圖4所示。

   其他的流接口函數(shù)根據(jù)win cE流接口驅動程序模型進行編寫。

4 驅動程序的封裝及加載
    通過上面的工作，能夠編譯得到一個DLL函數(shù)，但它的接口函數(shù)還沒有導出，還需要告訴鏈接程序需要輸出什么樣的函數(shù)。為此，必須建立一個def文件，使用WindoWS下自帶的記事本程序編輯一個文件名為“Can．def”的文件：

    最后需要編寫自己的CEC文件。主要是添加一個Build Method，任務是復制注冊表到Win CE的系統(tǒng)目錄下面。加一個bib File，其主要功能是把編譯的can．dll文件添加到系統(tǒng)內(nèi)核中去。保存寫好的CEC文件，在．Platform Buildm中添加CEC特征到系統(tǒng)選項中去。生成系統(tǒng)時，添加自己的CEC特性，可以包含剛編寫的can驅動程序。