WindowsCE.Net下CAN卡的驅(qū)動程序設(shè)計
關(guān)鍵詞：WinCE.NET CAN 驅(qū)動
引言
近年來電力行業(yè)為了快速部署變電站，采用了建造整體變電所的方法：在生產(chǎn)基地將變電站的內(nèi)部設(shè)備安裝、調(diào)試完成，只留下與外界的接口，整體運(yùn)到變電站所在地后進(jìn)行安裝和簡單調(diào)試即可投入運(yùn)行。其內(nèi)部設(shè)備通過CAN總線進(jìn)行通信，系統(tǒng)原有的監(jiān)控軟件基于DOS系統(tǒng)，維護(hù)調(diào)試比較困難，因此想要尋求更方便、友好的系統(tǒng)支持。經(jīng)過比較，嵌入式操作系統(tǒng)市場上風(fēng)頭正勁的Windows CE .NET成為最終選擇。微軟的最新產(chǎn)品Windows CE.NET提供了端對端的開發(fā)、調(diào)試手段，可以不拆卸設(shè)備的情況下通過Telnet登錄到WindowsCE上進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)，其系統(tǒng)本身為嵌入式市場進(jìn)行重新設(shè)計，包括創(chuàng)建一個基于WindowsCE的定制設(shè)備所需的一切。這樣就需要將原來DOS下的程序移植到WindowsCE.NET下，但是各個硬件廠商目前還沒有提供CAN通信卡在Windows CE.NET下的驅(qū)動，所以開發(fā)Windows CE.NET下的CAN卡驅(qū)動成為項目推行中的關(guān)鍵一環(huán)。
本文主要針對研華的雙口CAN卡PCM3680進(jìn)行分析，介紹在WindowsCE.ENT系統(tǒng)下進(jìn)行底層設(shè)備驅(qū)動開發(fā)的方法并提供CAN通信的實(shí)例。
1 CAN總線通信協(xié)議及CAN通信卡介紹
CAN總線是德國Bosch公司20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。這種方法使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)個數(shù)在理論上不受限制，擴(kuò)展格式中的29位的標(biāo)識碼便可以定義2 29個不同的數(shù)據(jù)塊。
在本項目中使用的是研華的PCM3680，這是一塊嵌入式PC104的雙口CAN總線通信卡；CAN控制器采用Philips的獨(dú)立CAN控制器SJA1000芯片；CAN收發(fā)器采用Philips的P82C250，可以同時操作兩個CAN網(wǎng)絡(luò)，提供高達(dá)1Mb/s的傳輸速度。PCM3680支持很寬的中斷范圍：中斷3、4、5、6、7、9、10、11、12、15，同時1000V的光電隔離提供系統(tǒng)高可靠性。在CAN卡通信中，要用到CAN控制器中的很多寄存器，各個寄存器的含義和作用可以參考控制芯片的說明書。圖1列出驅(qū)動程序設(shè)計中用到最主要的寄存器結(jié)構(gòu)。
2 CAN卡驅(qū)動底層函數(shù)設(shè)計
本方案設(shè)計CAN驅(qū)動是放在Windows CE操作系統(tǒng)的內(nèi)核下層，
位于OEM adaptation layer（OAL）層的一個真正的驅(qū)動，而不是在主程序中的串口操作。在Windows CE的設(shè)備管理器可以看到CAN1和CAN2兩個端口，并且可以查看其工作的正常與否和對其進(jìn)行配置。如：中斷號和I/O地址。
2.1 CAN卡寄存器讀寫函數(shù)
CAN卡的通信是通過操作CAN卡上的CAN控制器進(jìn)行的。在CAN控制器中有很多寄存器，如控制寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器等，通過讀寫這些寄存器中的命令狀態(tài)字可以檢測和控制CAN卡的行為。在Windows CE.NET下，通過調(diào)用DOK中的API函數(shù)HalTranslateBusAddress，將CAN卡分配的物理地址映射為邏輯地址。這樣各個寄存器對應(yīng)的就是CAN卡基地址的偏移地址，因此，對寄存器的讀寫就轉(zhuǎn)化為對內(nèi)存地址的讀寫。下面是CAN卡寄存器的讀寫函數(shù)：
*在偏移量為off的地址讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)inline BYTE CANR(LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan，DWORD off)
{
return hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr[off];
*將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫到偏移量為off的地址中inline VOID CANW(LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan，DWORD off,BYTE val)
{
hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr[off]=val；
}
參數(shù)LPCAN_HW_OPEN_INFO定義的是CAN卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中成員lpMappeBaseAddr[0]表示的是映射后基地址，lpMappedBaseAddr[1]就是基地址+1的地址，對應(yīng)CAN卡的寄存器是命令寄存器。通過上述兩個函數(shù)可操作CAN卡上的所有寄存器。
2.2 CAN卡初始化
CAN卡的控制器比較復(fù)雜，在通信前必須確認(rèn)硬件信息正確性、初始化各寄存器。初始化函數(shù)的基本流程如圖3所示。
第一步，檢查端口號和硬件信息的正確性，主要是CAN卡中斷號是否有效。
第二卡，設(shè)置CAN卡默認(rèn)參數(shù)：
CanCardConfigInfo CAN_DEFAULT_SETTING=
{0X00,0XFF,0X03,0X1C};/*設(shè)置默認(rèn)波特率為125Kbps*/
DWORD dwThreadID =0；
PHYSICAL_ADDRESS phyAddr={hwInfo->dwIOBaseAddr *16,0 }；
第三卡，用WinCE API函數(shù)LocalAlloc為CAN卡驅(qū)動中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分配緩沖區(qū)；通過HalTranslateBusAddress和MmMapIoSpace函數(shù)映射I/O地址，提供直接訪問設(shè)備的虛擬地址：
if(!HalTranslateBusAddress(Isa,0,phyAddr,0,&phyAddr))
goto _ExitInit；
hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr=
(LPBYTE)MmMapIoSpace(phyAddr,CANCARDADDRLEN,FALSE);
if(!hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr)
goto _ExitInit；
如果分配內(nèi)存或映射邏輯地址失敗，則退出初始化程序，CAN卡初始化失敗。
第四步，初始化讀寫屬性、共享模式、讀超時時間和第二個CAN口的基地址。
第五步，創(chuàng)建CAN卡事件和數(shù)據(jù)接收事件：hCan->lpCanHWInfo->hCanEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);
hCan->lpCanHWInfo->hRecvMsgEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);
第六步，初始化中斷，如果CAN卡有復(fù)位請求就退出初始化程序。設(shè)置好中斷后啟動數(shù)據(jù)接收線程，設(shè)置線程優(yōu)先級繼續(xù)線程處理；最后配置CAN卡參數(shù)，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。
2.3 CAN卡信息發(fā)送
CAN卡的信息發(fā)送分為兩個步驟。在對CAN卡基本信息進(jìn)行檢查后，首先設(shè)置發(fā)送緩沖的ID號。CAN標(biāo)準(zhǔn)模式的ID號為11位，偏移地址10中存放的是ID號的高8位，偏移地址11的高3位存放的是ID號的低3位，剩下5位分別是RTR位（遠(yuǎn)程傳送請求位）和數(shù)據(jù)長度。通過CANW函數(shù)將處理后的數(shù)據(jù)寫入到相應(yīng)的偏移地址，設(shè)置完相應(yīng)的地址數(shù)據(jù)后，通過循環(huán)將偏移地址12～19的數(shù)據(jù)采集回來存到數(shù)組中。然后，設(shè)置CAN卡的傳輸請求為允許并不斷偵測狀態(tài)寄存器的變化，當(dāng)傳輸緩沖滿標(biāo)志或傳輸結(jié)束標(biāo)志為1時通出程序，完成一次數(shù)據(jù)采集。傳輸緩沖區(qū)的寄存器如表1所列。
表1
| ID號 | 10 | ID.10 | ID.9 | ID.8 | ID.7 | ID.6 | ID.5 | ID.4 | ID.3 |
| RTR，數(shù)據(jù)長度碼 | 11 | ID.2 | ID.1 | ID.0 | RTR | DLC.3 | DLC.2 | DLC.1 | DLC.0 |
| 數(shù)據(jù)1～8 | 12～19 | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) |
表2
| ID號 | 20 | ID.10 | ID.9 | ID.8 | ID.7 | ID.6 | ID.5 | ID.4 | ID.3 |
| RTR，數(shù)據(jù)長度碼 | 21 | ID.2 | ID.1 | ID.0 | RTR | DLC.3 | DLC.2 | DLC.1 | DLC.0 |
| 數(shù)據(jù)1～8 | 22～29 | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù) |
CAN消息發(fā)送函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：
BOOL CAN_SendMessage(LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan,LPCanCardMessageBuflpMsg)
{
BOOL bSuc=FALSE;
ASSERT(hCan && lpMsg && lpMsg->dwMessageLen <=8); /*防錯處理*/
if(0= =(hCan->dwAccessCode & GENERIC_WRITE))
return FALSE;
:: EnterCriticalSection(&hCan->lpCanHWInfo->
TransmitCritSec); /*進(jìn)入臨界區(qū)*/
BYTE byV=static_cast<BYTE>(1pMsg->dwMsgID>>3)；
CANW（hCan,10,byV）; /*設(shè)置ID值高8位*/
byV=static_cast<BYTE>=((lpMsg->dwMsgID & 7)<<5);
if(lpMsg->bRTR) byV|=0x10;
byV+=static_cast<BYTE>(lpMsg->dwMessageLen);
CANW(hCan,11,byV);/*設(shè)置ID值低3位、RTR及數(shù)據(jù)長度*/
for(UINT i=0;<lpMsg->dwMessageLen;++i)
{
CANW(hCan,12+i,lpMsg->byMsg[i]);
} /*采集數(shù)據(jù)*/
CANW（hCan,1,1）;/*重置傳輸請求*/
while(TRUE)
{byV=CANR(hCan,2);
if(byV & 0X40) /*傳輸緩沖區(qū)滿，退出*/
{break;}
if(byV & 0X8){ /*傳輸結(jié)束，正確返回退出*/
bSuc = TRUE;
break;}
}
::LeaveCriticalSection(&hCan->lpCanHWInfo->TransmitCritSec); /*離開臨界區(qū)*/
return bSuc；
}
2.4 CAN卡信息接收
CAN卡的信息接收是發(fā)送的逆過程，當(dāng)接收緩沖區(qū)標(biāo)志為1時，表示緩沖區(qū)已滿可以接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)接收到數(shù)組后釋放接收緩沖區(qū)，然后對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分解并存儲到CAN卡信息緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)體。接收緩沖區(qū)的寄存器結(jié)構(gòu)如表2所列。
CAN消息接收函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：
BOOL CAN_RecvRecvMessage(LPCAN_HW_OPEN_INFO
HCan,OUT LPCanCardMessageBuflpMsg)
{……
if(CANR(hCan,2)&1){ /*判斷接收緩沖區(qū)是否已滿*/
for(UINT i=0;i<10;++i)
recvBuf[i]=CANR(hCan,20+i);/*將數(shù)據(jù)暫存到臨時緩沖區(qū)*/
CANW（hCan,1,4）; /*釋放接收緩沖區(qū)*/
LpMsg->dwMsgID=recvBuf[0]<<3; /*取出ID的高8位*/
BYTE byV =recvBuf[1];
LpMsg->dwMsgID+=byV >>5;/*取出ID低3位，然后和高8位合并*/
LpMsg->bRTR =byV &0x10?TRUE:/*返回RTR狀態(tài)*/
LpMsg->dwMessageLen = byV &0XF; /*返回數(shù)據(jù)長度*/
……
}
else
{++hCan->lpCanHWInfo->dwErrorMsgCount;}/*沒有收到數(shù)據(jù)，錯誤計數(shù)加1*/
：：LeaveCriticalSection(&hCan->lpCanHWInfo->
ReceiveCritSec); /*離開臨界區(qū)*/
Return bSuc;
}
2.5 CAN卡事件處理
CAN卡事件處理函數(shù)是CAN卡驅(qū)動程序中很重要的部分。驅(qū)動設(shè)計要求具有消息通知的功能，當(dāng)事件發(fā)生時及時捕獲事件并進(jìn)行消息處理。
下面是事件處理函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：
staric DWORD WINAPI CAN_EventHanle(LPVOID lpParam)
{
ASSERT（lpParam）;
LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan=(LPCAN_HW_OPEN_INFO)lpParam;
CanCardMessageBuf bufMsg;
while(TEUE)
{ /*循環(huán)等待CAN卡消息產(chǎn)生，然后進(jìn)行處理*/
：：WaitForSingleObject(hCan->lpCanHWInfo->hCanEvent,0XFFFFFFFF);
if(hCan->lpCanHWInfo->bKillCanThread) break; /*若CAN線程已關(guān)閉則中斷*/
if(CAN_RecvMessage(hCan,&hufMsg)){ /*正確接收數(shù)據(jù)后*/
CAN_RecvBufPush(hCan，&bufMsg);} /*將數(shù)據(jù)壓入緩沖*/
BYTE byV=CANR(hCan,3); /*將3號寄存器讀出然后立即寫入*/
CANW（hCan,3,byV）；/*能夠獲取每次中斷*/
InterruptDone(hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->dwSysIrqt);
} /*本次中斷結(jié)束，等待下次中斷*/
return 0;
}
2.6 其它函數(shù)
為了提供更多的功能和更方便地使用CAN卡進(jìn)行通信，在CAN卡驅(qū)動程序中還設(shè)計了一些函數(shù)如CAN_Config用CAN卡信息配置、CAN_RecvBufPop用于處理接收緩沖區(qū)、CAN_Reset用于復(fù)位CAN卡、CheckHWInfo用于硬件信息檢查等。這些函數(shù)提供了對CAN通信卡的設(shè)置、檢查等功能，在這里不再詳述了。
3 CAN卡驅(qū)動封裝設(shè)計
CAN卡底層驅(qū)動函數(shù)雖然功能完整，但是對于用戶使用比較復(fù)雜并且一般用戶不需要了解底層實(shí)現(xiàn)的機(jī)制。為了便于使用，最后對CAN卡的驅(qū)動進(jìn)行了封裝，提供CanOpenFile、CanSendMsg等五個函數(shù)用于CAN總線的通信，以動態(tài)連接庫（DLL）的形式提供給用戶調(diào)用。封裝函數(shù)及功能如下：
*CanOpenFile；初始化并打開CAN卡的一個端口。
*CanCloseFile；關(guān)閉由CanOpenFile打開的CAN卡端口。
*CanRecvMsg;接收CAN卡數(shù)據(jù)，打開CAN卡時必須具有GENERIC_READ權(quán)限。
*CanSendMsg;通過CAN卡發(fā)送數(shù)據(jù)。打開CAN卡時必須具有GENERIC_WRITE權(quán)限。
*CanIOControl;設(shè)置或獲取CAN卡I/O參數(shù)支持的I/O控制包括：IOCTL_CAN_CONFIG，IOCTL_CAN_RESET，IOCTL_CAN_TIMEOUT，IOCTL_CAN_SENDREADY，IOCTL_CAN_RECVREADY。
下面是CanSendMsg函數(shù)實(shí)現(xiàn)的代碼：
BOOL CanSendMSg(
HANDLE hCan,
LPCanCardMessageBuflpMsg)
{
if(!hCan||INVALID_HANDLE_VALUE= =hCan||
!lpMsg||lpMsg->dwMessageLen>8)return FALSE;
return CAN_SendMessage(LPCAN_HW_OPEN_INFO)
hCan,lpMsg);
該函數(shù)就是通過封裝CAN卡的底層驅(qū)動函數(shù)SendMessage來實(shí)現(xiàn)的，這樣將功能集中的五個函數(shù)更方便了用戶使用。
結(jié)語
程序開發(fā)的上位機(jī)是普通的PC機(jī)，軟件環(huán)境是：Windows2000 Professional、Embedded Visual C++4.0、與下位機(jī)中WinCE.NET對應(yīng)的SDK，該SDK是在用Platform Builder 4.0定制WinCE時編譯生成的。下位機(jī)使用的硬件是研華的嵌入式PC104主板PCM3346N，操作系統(tǒng)為WinCE.ENT。
本文設(shè)計開發(fā)的驅(qū)動已經(jīng)在北京懷柔的變電站項目中得到成功的應(yīng)用，CAN卡通信穩(wěn)定，系統(tǒng)在WINCE.NET下運(yùn)行可靠，保證了項目的順利實(shí)施。
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