μC／OS-II的CAN驅(qū)動程序設(shè)計

摘要：實時性是衡量CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)性能的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。本文提出一種采用μC／OS-II操作系統(tǒng)和I-CAN協(xié)議，在應(yīng)用層面上提高CAN總線系統(tǒng)實時性的驅(qū)動程序設(shè)計方案，并以分層的方式逐層闡述CAN驅(qū)動程序的設(shè)計過程。
關(guān)鍵詞：CAN總線；μC／OS-II；實時性；驅(qū)動程序

引言
CAN總線是德國Bosch公司于1983年針對汽車應(yīng)用而開發(fā)的，一種能有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，屬于現(xiàn)場總線的范疇。其通信距離與波特率有關(guān)，最大通信距離可達(dá)10 km，最大通信波特率可達(dá)1 Mbps。CAN總線仲裁采用1l位(CAN2．OA協(xié)議)和29位(CAN 2．OB協(xié)議)標(biāo)志，以及非破壞性仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，可以確定數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先級，保證在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點沖突時最高優(yōu)先級節(jié)點不需要沖突等待。CAN總線上的任何節(jié)點均可在任意時刻，主動向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，從而實現(xiàn)各節(jié)點之間的自由通信。目前，CAN總線協(xié)議已被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，技術(shù)比較成熟，已廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)、高速網(wǎng)絡(luò)和低價位多路連線等領(lǐng)域中。
μC／OS-II是Jean J．Labrosse開發(fā)的一種小型嵌入式操作系統(tǒng)。它實質(zhì)上是基于優(yōu)先級的可剝奪型內(nèi)核，系統(tǒng)中的所有任務(wù)都有一個唯一的優(yōu)先級別，適合應(yīng)用于實時性要求較強(qiáng)的場合。本文采用μC／OS-II來設(shè)計CAN的驅(qū)動程序，以滿足系統(tǒng)的實時要求。

1 CAN節(jié)點的硬件設(shè)計
CAN節(jié)點是分布在CAN網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行相互通信的基本單元，主要由主控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。本設(shè)計中，節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，ECU(Electronic Control Unit)是指一個具有完整功能的CAN節(jié)點。

采用NXP公司的LPC2368作為CAN節(jié)點的主控制器。LPC2368是一款基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的RISC處理器，包含2個兼容CAN2．0B規(guī)范的CAN控制器。每個CAN控制器擁有雙重接收緩沖器和三態(tài)發(fā)送緩沖器，具有快速的硬件實現(xiàn)的搜索算法，可以支持大量的CAN標(biāo)識符。
LPC2368是一款3．3 V器件，雖然其對應(yīng)的CAN收發(fā)器接口引腳能夠承受5 V電壓，但為了讓CAN節(jié)點能夠更穩(wěn)定地運(yùn)行，這里采用TI公司的3．3 V CAN收發(fā)器SN65HVD230D與之配合使用。憑借高輸入阻抗特性，SN65HVD230D可以在一條總線上支持多達(dá)120個CAN節(jié)點，并且能夠和5V的CAN收發(fā)器良好地兼容。本文重點介紹CAN驅(qū)動程序的設(shè)計方法。

2 CAN驅(qū)動程序設(shè)計總體思想
為了使軟件可移植性強(qiáng)、易于維護(hù)，采用分層的方法編寫CAN驅(qū)動程序。驅(qū)動程序分層結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，雙向箭頭表示實時操作系統(tǒng)μC／OS-II與CAN驅(qū)動程序之間的數(shù)據(jù)交換，單向箭頭表示上層軟件對下層軟件的調(diào)用。

3 CAN設(shè)備控制層和CAN接口控制層
CAN設(shè)備控制層的主要任務(wù)是：初始化主控制器與CAN控制器之間的連接配置，復(fù)位CAN控制器，建立主控制器和CAN控制器之間的通信函數(shù)。由于LPC2368內(nèi)部集成了CAN控制器，CPU可以通過內(nèi)部APB總線接口對CAN控制器的所有寄存器進(jìn)行訪問，所以不再需要編寫設(shè)備控制驅(qū)動層程序，已經(jīng)完全由硬件實現(xiàn)了。
CAN接口控制層主要任務(wù)是：實現(xiàn)CAN控制器的各種功能，如設(shè)置控制模式、發(fā)送數(shù)據(jù)、釋放接收緩沖區(qū)、配置驗收濾波器等。這些操作都是通過讀寫CAN控制器的內(nèi)部相關(guān)寄存器來實現(xiàn)的。
CAN控制器初始化程序(在應(yīng)用層中實現(xiàn)，內(nèi)部調(diào)用的函數(shù)也都是在該層中編寫的)如下：

為了使程序更加簡潔、可讀性更強(qiáng)，可以通過宏定義的形式進(jìn)行編寫。例如：
#define CAN_MOD_RM()CANlMOD |=1
CANlMOD是CAN控制器的模式寄存器，最低位置1可使CAN控制器進(jìn)入復(fù)位模式。這種模式下，可以對控制器的所有寄存器進(jìn)行寫操作。其他對CAN控制器內(nèi)部寄存器的操作可以參照LPC2368的技術(shù)手冊。