作者：沈躍 王家鼎

        摘要：基于提高CAN總線(xiàn)組網(wǎng)能力的考慮，提出一種新穎的CAN中繼器設(shè)計(jì)方法；闡述以L(fǎng)PC2119控制器為核心的硬件設(shè)計(jì)方案；詳細(xì)分析在μC/OSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程；針對(duì)中繼器的實(shí)時(shí)性和安全性以及總線(xiàn)與總線(xiàn)之間可能存在的速度不匹配的問(wèn)題，確立提升緊急任務(wù)優(yōu)先級(jí)、建立相關(guān)事件標(biāo)志、合理地對(duì)事件與任務(wù)進(jìn)行同步的改進(jìn)方法，從而有效地解決組網(wǎng)中最遠(yuǎn)傳輸距離和最大節(jié)電數(shù)限制的問(wèn)題。

        關(guān)鍵詞：中繼器　CAN　LPC2119　μC/OSII

        引 言

        CAN總線(xiàn)的直接通信距離只有10 km左右，而且由于收發(fā)器驅(qū)動(dòng)能力的限制，總線(xiàn)上最多只能掛110個(gè)節(jié)點(diǎn)，給系統(tǒng)組網(wǎng)帶來(lái)一定的困難。CAN中繼器就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。由于中繼器具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，不僅可以擴(kuò)大通信距離，還可以增加節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)目。對(duì)CAN中繼器初始化參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以在不同的網(wǎng)段內(nèi)采用不同的通信速率，還可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行過(guò)濾，減輕總線(xiàn)負(fù)擔(dān)。

        1 CAN中繼器的硬件設(shè)計(jì)

        1.1 微控制器LPC2119簡(jiǎn)介

        CAN中繼器是以ARM微控制器LPC2119為核心的軟硬件系統(tǒng)。LPC2119是Philips公司生產(chǎn)的一款基于支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMISMCU，帶有128 KB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30 %，而性能的損失卻很小。LPC2119內(nèi)部集成2個(gè)CAN控制器。它的主要特性有：?jiǎn)蝹�(gè)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1 Mb/s；32位寄存器和RAM訪(fǎng)問(wèn)；兼容CAN 2.0B, ISO 118981規(guī)范；全局驗(yàn)收濾波器可以識(shí)別所有的11位和29位Rx標(biāo)識(shí)符；驗(yàn)收濾波器為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符提供Full CANstyle自動(dòng)接收。

        1.2 LPC2119內(nèi)部CAN控制器與SJA1000比較

        LPC2119內(nèi)部集成的CAN控制器與Philips公司的SJA1000 CAN控制器相比較大致相同，只是在驗(yàn)收濾波這一環(huán)略有不同，這為習(xí)慣SJA1000的開(kāi)發(fā)人員采用LPC2119提供了方便。SJA1000驗(yàn)收濾波器由驗(yàn)收代碼寄存器和驗(yàn)收屏蔽寄存器定義，要接收?qǐng)?bào)文的位模式在驗(yàn)收代碼寄存器中定義，相應(yīng)的驗(yàn)收屏蔽寄存器允許定義某些位為“無(wú)關(guān)”，通過(guò)模式寄存器可以選擇不同的過(guò)濾模式：?jiǎn)芜^(guò)濾模式和雙過(guò)濾模式。而對(duì)LPC2119內(nèi)部集成的CAN控制器，全局驗(yàn)收過(guò)濾器包含一個(gè)512×32(2 KB)的RAM，通過(guò)軟件處理，可在RAM中存放1～5個(gè)標(biāo)識(shí)符表格，整個(gè)RAM可容納1024個(gè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符或512的擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符或兩種類(lèi)型混合的標(biāo)識(shí)符。同時(shí)有5個(gè)地址寄存器指向驗(yàn)收過(guò)濾器RAM的表格：Full CAN標(biāo)準(zhǔn)地址，標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)地址，標(biāo)準(zhǔn)地址范圍，擴(kuò)展單個(gè)地址或擴(kuò)展地址范圍。當(dāng)CAN控制器的接收端已接收到一個(gè)完整的標(biāo)識(shí)符時(shí)，它將通知驗(yàn)收過(guò)濾器，驗(yàn)收過(guò)濾器響應(yīng)這個(gè)信號(hào)，并讀出控制器編號(hào)、標(biāo)識(shí)符尺寸，以及來(lái)自控制器本身的標(biāo)識(shí)符，然后通過(guò)驗(yàn)收過(guò)濾器搜索RAM中的表格，以決定接收或放棄這一幀信息。

        1.3 CAN中繼器硬件結(jié)構(gòu)

        中繼器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。LPC2119分別通過(guò)CAN總線(xiàn)收發(fā)器與兩路總線(xiàn)相連；總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器采用帶隔離的DC/DC模塊單獨(dú)供電，不僅實(shí)現(xiàn)了兩路CAN接口之間的電器隔離，也實(shí)現(xiàn)了中繼器與CAN總線(xiàn)的電器隔離。除此之外，還有LED顯示和鍵盤(pán)接口。LED用于顯示中繼器的工作狀態(tài)，鍵盤(pán)用來(lái)修正總線(xiàn)的波特率。最終程序的調(diào)試與跟蹤通過(guò)JTAG調(diào)試口完成。

圖1硬件結(jié)構(gòu)框圖

        2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        2.1 引入μC/OSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

        隨著應(yīng)用的復(fù)雜化，采用傳統(tǒng)前后臺(tái)設(shè)計(jì)方法，會(huì)顯得過(guò)于復(fù)雜，實(shí)時(shí)性得不到保證，而且容易發(fā)生死鎖。解決這些問(wèn)題的最好方法就是采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

        μC/OSII完全是占先式的實(shí)時(shí)內(nèi)核, 是基于優(yōu)先級(jí)的, 即總是讓就緒態(tài)中優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)先運(yùn)行, 因此實(shí)時(shí)性比非占先式的內(nèi)核要好。 它包含了實(shí)時(shí)內(nèi)核、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信同