CAN總線接口擴(kuò)展設(shè)計與驅(qū)動開發(fā)

摘要 介紹了一種基于S3C6410的CAN總線接口擴(kuò)展方案，通過SPI接口對CAN接口進(jìn)行擴(kuò)展，并給出具體的硬件電路。重點(diǎn)研究了WINCE系統(tǒng)下獨(dú)立CAN控制器MCP2515的驅(qū)動程序。結(jié)合CAN總線技術(shù)規(guī)范和MCP2515的特點(diǎn)設(shè)計了相關(guān)的軟件代碼，編寫了CAN流接口驅(qū)動程序，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在WINCE系統(tǒng)下能夠較好實(shí)現(xiàn)CAN總線的通信。
關(guān)鍵詞 CAN；SPI；S3C6410；流接口驅(qū)動；WINCE

    CAN是博世公司開發(fā)的一種串行通訊總線，主要是為解決現(xiàn)代汽車中不斷增加的電子器件相互間的信息交換問題。CAN總線的數(shù)據(jù)通信在工業(yè)應(yīng)用中相比其他總線在可靠性、實(shí)時性和靈活性等方面具有較大優(yōu)勢，憑借其優(yōu)良的性能及獨(dú)特的設(shè)計，在嵌入式開發(fā)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代汽車電子網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展，車載顯示屏需要顯示的內(nèi)容也在不斷增加。文中的車載顯示屏采用的是WINCE操作系統(tǒng)，主處理器芯片是S3C6410，針對該處理器不包含CAN總線控制器，文中采用CAN總線控制器芯片MCP2515對該處理器進(jìn)行接口擴(kuò)展，并設(shè)計了WINCE系統(tǒng)下CAN的流接口驅(qū)動程序。

1 硬件設(shè)計
    系統(tǒng)硬件電路如圖1所示，其中主處理器芯片采用三星公司的S3C6410，CAN總線控制器和收發(fā)器分別采用MCP2515和MCP2551。

    圖1中SPIMOSI、SPIMISO、SPICLK和SPICS是處理器SPI接口的數(shù)據(jù)線和控制線，INT16是MCP2515的中斷引腳，與處理器的外部中斷引腳相連。S3C6410是一款采用ARM1176JZF—S內(nèi)核的高性能32位處理器，其主頻穩(wěn)定工作在667 MHz，且芯片內(nèi)擁有兩路SPI串行總線控制器，這可實(shí)現(xiàn)與CAN總線控制器MCP2515的通信。
    Microchip公司的MCP2515是一款帶有SPI接口的CAN總線控制器。完全支持CAN V2．0B技術(shù)規(guī)范，該器件能發(fā)送、接收標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀以及遠(yuǎn)程幀。MCP2515自帶的兩個驗(yàn)收屏蔽寄存器和6個驗(yàn)收濾波寄存器可過濾掉不必要的報文，并且內(nèi)部包含了兩個接收緩沖器和3個發(fā)送緩沖器。
    MCP2551是一個可容錯的高速CAN器件，可作為CAN協(xié)議控制器和物理總線接口。MCP2551可為CAN協(xié)議控制器提供差分收發(fā)能力，符合ISO-11898標(biāo)準(zhǔn)。

2 軟件設(shè)計
    基于WINCE的設(shè)備驅(qū)動目前有3種：本機(jī)設(shè)備驅(qū)動程序、總線驅(qū)動程序和流接口驅(qū)動程序。系統(tǒng)采用流接口驅(qū)動程序，工作結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2．1 地址映射
    在WINCE下，由于有MMU管理單元，因此不能使用物理地址，而只能采用虛擬地址(VA)來訪問該寄存器，調(diào)用WINCE系統(tǒng)函數(shù)MmMapIoSpa ce()將物理地址轉(zhuǎn)化為程序可直接訪問的虛擬地址。
    需要映射的物理地址為：PHYSICAL_ADDRESSioPhysicalBase={0，0}；映射的地址長度為：sizeof(S3C6410_GPIO_REG)；調(diào)用MmMapIoSp ace()函數(shù)：v_pIOPregs=MmMapIoSpace(ioPhysicalBase，sizeof(S3C6410_GPIO_REG)，F(xiàn)ALSE)；然后可通過修改v_pIOPregs的值改變SPI寄存器，實(shí)現(xiàn)SPI通信。
2．2 SPI接口編程
    SPI接口一共有4個多功能復(fù)用引腳，可通過這些引腳的賦值來完成SPI接口的初始化工作，使其正常啟動，從而MCU能夠調(diào)用SPI接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)對MCP2515的操作。接口函數(shù)主要南Spi_Write和Spi_Read組成。程序流程設(shè)計如圖3所示。

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2．3 CAN初始化
    CAN控制器MCP2515正常運(yùn)行之前，需要完成初始化。初始化工作是在函數(shù)Init_MCP2515內(nèi)完成的。首先設(shè)置CAN通信的波特率，隨后屏蔽中斷，設(shè)置屏蔽和接收寄存器，接著是清除接收和發(fā)送緩沖區(qū)，最后打開中斷。
2．4 CAN收發(fā)實(shí)現(xiàn)
    根據(jù)CAN通信協(xié)議的特性，CAN的收發(fā)程序中均包含標(biāo)識符(ID)和數(shù)據(jù)。下面介紹了接收程序，在MCP2515中包含了兩個接收緩沖器RxB0和RxB1，且每個接收緩沖器配有多個驗(yàn)收過濾寄存器。文中在中斷方式下，通過設(shè)置驗(yàn)收過濾寄存器對符合條件的報文數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，函數(shù)流程設(shè)計如圖4所示。

2．5 流接口函數(shù)編寫
    MCP2515的流接口驅(qū)動程序編譯后生成DLL，然后建立CANBus．def文件將其中的接口函數(shù)導(dǎo)出。這一文件中包含CAN_Init()、CAN_IOCon trol()以及CAN_PowerUp()等一組標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，這些函數(shù)是用于完成標(biāo)準(zhǔn)的文件I／O函數(shù)和電源管理等。最終要將此文件添加到本驅(qū)動程序的工程中。
    因此在對設(shè)備進(jìn)行讀寫操作時，首先要先通過CreatFile()函數(shù)凋用CAN_Open()打開設(shè)備，在此過程中CAN_Open()函數(shù)用到了初始化函數(shù)CAN_Init()返回的句柄，而CAN_Read()和CAN_Write()函數(shù)需要CreatFile()成功執(zhí)行后返回的句柄。在應(yīng)用程序中可通過ReadFile()和Write File()函數(shù)來調(diào)用CAN_Read()和CAN_Write()來對設(shè)備進(jìn)行讀寫操作。
2．6 注冊表
    具體的流接口驅(qū)動程序和注冊表是分不開的，在WINCE內(nèi)核中添加注冊表文件CANBus．reg，內(nèi)容為
    [HKEY_LOCAL_MACHINE＼Drivers＼BuiltIn＼CANBus]
    “Prefix”=“CAN“
    “Dll”=“CANBus．dll”
    “Order”=dword：1
    “Index”=dword：1

3 結(jié)束語
    討論了ARM11處理器S3C6410的CAN總線接口擴(kuò)展的方法，利用該處理器內(nèi)部集成的SPI接口擴(kuò)展，設(shè)計出了詳細(xì)的硬件電路，并設(shè)計了基于WINCE系統(tǒng)的CAN接口流驅(qū)動程序。試驗(yàn)驗(yàn)證CAN網(wǎng)絡(luò)通信完全正常，證明了該方案的可實(shí)施性。