嵌入式Win CE中CAN總線控制器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：CAN總線是一種具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)且性價(jià)比較高的現(xiàn)場(chǎng)總線，在當(dāng)今自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。這里簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)程序的相關(guān)知識(shí)。采用Win CE流接口驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)CAN控制器訪問(wèn)并操作，并詳細(xì)地分析了SJA1000驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并使用Platform Builder將驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核，以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式提供給用戶，為進(jìn)一步開發(fā)嵌入式Win CE操作系統(tǒng)系統(tǒng)下CAN總線設(shè)備提供了一個(gè)良好的底層硬件驅(qū)動(dòng)支持。
關(guān)鍵詞：CAN總線；SJAl000；WinCE；流接口驅(qū)動(dòng)；Platform Builder

0 引 言
    近年來(lái)，由于消費(fèi)電子、計(jì)算機(jī)、通信(3c)一體化趨勢(shì)日趨明顯，嵌入式系統(tǒng)再度成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。嵌入式操作系統(tǒng)(：Real-time Embedded OperatingSystem，RTOs或EOs)作為一種實(shí)時(shí)的、支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)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(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)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(tái)設(shè)計(jì)的多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)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(shè)計(jì)允許它對(duì)從掌上電腦到專用工業(yè)控制器的用戶電子設(shè)備進(jìn)行定制，選擇系統(tǒng)模塊和組件的多少?zèng)Q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(shè)備，是因?yàn)閷?duì)每一款硬件設(shè)備，都有其對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，否則這款硬件就無(wú)法在Windows CE下正常工作。win CE提供了4種設(shè)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(lái)自其他的操作系統(tǒng)?；赪in CE的兩種模型是本機(jī)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和流接口的驅(qū)動(dòng)程序；兩種外部模型用于通用串行總線(USB)和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器接口標(biāo)準(zhǔn)(NDIS)驅(qū)動(dòng)程序。下面針對(duì)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(qū)動(dòng)程序形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(guò)程檢測(cè)及控制。它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)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(duì)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(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。它的基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高位速率和高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)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(yīng)用。
    SJAl000是一種獨(dú)立控制器用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制(CAN)。它是Philips半導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(fù)責(zé)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(guò)SJAl000復(fù)用的地址／數(shù)據(jù)總線訪問(wèn)寄存器和控制讀／寫選通信號(hào)都在這處理。SJAl000的發(fā)送緩沖器能夠存儲(chǔ)一個(gè)完整的報(bào)文(擴(kuò)展或標(biāo)準(zhǔn)的)。當(dāng)主控制器初始化發(fā)送，接口管理邏輯會(huì)使CAN核心模塊從發(fā)送緩沖器讀CAN報(bào)文。當(dāng)收到一個(gè)報(bào)文時(shí)，CAN核心模塊將串行位流轉(zhuǎn)換成用于驗(yàn)收濾波器的并行數(shù)據(jù)。通過(guò)這個(gè)可編程的濾波器，SJAl000能確定主控制器要接收哪些報(bào)文。所有收到的報(bào)文由驗(yàn)收濾波器驗(yàn)收并存儲(chǔ)在接收FIFO。儲(chǔ)存報(bào)文的多少由工作模式?jīng)Q定，最多能存儲(chǔ)32個(gè)報(bào)文。

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2 流接口驅(qū)動(dòng)程序工作機(jī)制
    相比于本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，流接口驅(qū)動(dòng)程序表現(xiàn)為一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，由設(shè)備管理器統(tǒng)一加載、管理和卸載。與具有單獨(dú)目的的內(nèi)部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相比，所有的流接口驅(qū)動(dòng)程序都是用同一組接口并調(diào)用同一個(gè)函數(shù)集——流接口函數(shù)。win CE的文件系統(tǒng)通過(guò)這些人口點(diǎn)函數(shù)與流接口驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信，從而達(dá)到應(yīng)用程序訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序、操作硬件的目的。流接口驅(qū)動(dòng)程序要實(shí)現(xiàn)的DLL接口見表1。

    在實(shí)際的開發(fā)中，上述接口名稱中的XXX三個(gè)字母被具體設(shè)備的設(shè)備文件名所代替。流接口驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)編譯后，生成DLL文件，即動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件。

3 CAN總線控制器sJAl000驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
    CAN總線控制器SJAl000驅(qū)動(dòng)采用流接口驅(qū)動(dòng)程序模型，要實(shí)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(yīng)用程序使用CreatFile()函數(shù)以文件的方式打開CAN控制器驅(qū)動(dòng)，以獲取驅(qū)動(dòng)文件的句柄，然后使用該句柄調(diào)用DeviceloControl()，ReadFile()，WriteFile()函數(shù)來(lái)CAN控制器的各種功能。
    由于篇幅有限，下面僅針對(duì)CAN_Init，CAN_Read和CAN_IntrThread函數(shù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。
3．1 CAN_Init函數(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
    當(dāng)用戶開始使用CAN總線控制器時(shí)，設(shè)備管理器調(diào)用這個(gè)函數(shù)來(lái)初始化控制器設(shè)備SJAl000。這個(gè)函數(shù)是通過(guò)設(shè)備管理器提供的ActiveDeviceEx()函數(shù)來(lái)調(diào)用的。函數(shù)執(zhí)行后，如果成功就返回設(shè)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
  根據(jù)CAN協(xié)議規(guī)范，報(bào)文的接收由CAN控制器SJAl000獨(dú)立完成，收到的報(bào)文放在接收緩沖器?？梢园l(fā)送給主控制器的報(bào)文由狀態(tài)寄存器的接收緩沖器狀態(tài)標(biāo)志“RBS‘’和接收中斷標(biāo)志“RI”標(biāo)出(如果使能)。主控制器會(huì)將這條信息發(fā)送到本地的報(bào)文存儲(chǔ)器，然后釋放接收緩沖器并對(duì)報(bào)文操作。發(fā)送過(guò)程能被SJAl000的中斷請(qǐng)求或查詢SJAl000的控制段狀態(tài)標(biāo)志來(lái)控制。cAN_Read函數(shù)操作成功則返回實(shí)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
    在SJAl000控制器中，報(bào)文的發(fā)送和接收是采用中斷方式來(lái)完成的。內(nèi)核函數(shù)InterruptInitialize()外部中斷事件和將邏輯中斷號(hào)綁定，這一步就會(huì)使能該中斷。當(dāng)該中斷發(fā)生時(shí)，ISR就觸發(fā)該事件生效。完成以上工作后，驅(qū)動(dòng)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(jié)束后，IST需要調(diào)用InterruptDone()告訴操作系統(tǒng)中斷處理結(jié)束。中斷服務(wù)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(qū)動(dòng)程序模型進(jìn)行編寫。

4 驅(qū)動(dòng)程序的封裝及加載
    通過(guò)上面的工作，能夠編譯得到一個(gè)DLL函數(shù)，但它的接口函數(shù)還沒(méi)有導(dǎo)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(gè)def文件，使用WindoWS下自帶的記事本程序編輯一個(gè)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(gè)Build Method，任務(wù)是復(fù)制注冊(cè)表到Win CE的系統(tǒng)目錄下面。加一個(gè)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(xiàng)中去。生成系統(tǒng)時(shí)，添加自己的CEC特性，可以包含剛編寫的can驅(qū)動(dòng)程序。