基于LPC2294的CAN總線主節點設計

摘要：為引入CAN總線技術以實現運動控制系統的網絡化。提出了基于LPC2294的CAN總線主節點的硬件及軟件設計方案。硬件采用基于ARM7內核的微控制器LPC2294，使用CTM1050T作為CAN收發器，設計了帶有CAN總線以及以太網接口的硬件電路，并進行了SRAM、NORFLASH與NAND FLASH的擴展。軟件采用μCLinux作為操作系統，并開發了CAN控制器的驅動程序，實現了CAN總線的各種功能。通過制作樣機并進行實驗，驗證了這一方案的有效性。
關鍵詞：LPC2294；CAN；主節點；μCLinux

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網絡，是國際上應用最廣泛的現場總線之一，已經成為計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線。網絡化運動控制系統(Networked Motion Control Systems)就是構建在控制器與電機驅動器之間，能夠實時、同步地傳送運動控制指令和接收運動狀態，并且控制閉環通過網絡連接的運動控制系統。為引入CAN總線技術以實現運動控制系統的網絡化，筆者提出一種基于LPC2294的CAN總線主控制節點的硬件及軟件設計方案，具有高性能、高可靠及良好擴展性的特點，非常適用于運動控制系統。

1 總體設計
主節點采用ARM7內核的LPC2294微控制器，使用RTL8019AS作為以太網控制器，軟件上采用具有網絡功能強、性能穩定、移植性好的μCLi nux作為操作系統。基于CAN總線的運動控制系統，主要由1個主節點(主控制器節點)、若干個從節點(電機控制節點)以及1臺計算機構成，主節點與從節點之間通過CAN總線進行通信，主節點與計算機之間則通過以太網進行通信，如圖1所示。

主節點主要功能包括：1)通過CAN總線發送電機控制信息給從節點，并接收各從節點的反饋信息：2)通過以太網與計算機監控端進行通信，以實現遠程監控。
1．1 整體硬件設計
主節點整體硬件結構如圖2所示。

主節點采用的LPC2294基于ARM7TDMI內核的32位處理器，帶有256kB高速FLASH、16kB靜態RAM，內部集成4路CAN控制器，支持SRAM、FALSH擴展。由于LPC2294內部集成CAN，因此外部只需CAN收發器與之連接。CAN收發器選用周立功的CTMl050T。CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發器，主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉換為CAN總線的差分電平，并具有隔離功能(DC2500 V)、ESD保護功能及TVS管防總線過壓功能。 LPC2294具有外部存儲器控制器(EMC)，通過該部件可以擴展更多的FLASH和SRAM以及以太網、USB等外設。主節點采用RTL8019AS作為以太網控制器，分別使用MT45W4MW16、SST39VF1601、K9F2G08UOA進行SRAM、NORFLASH、NANDFLASH的擴展。
1．2 軟件結構
主節點軟件結構如圖3所示，U-Boot作為BootLoader(啟動引導程序)，負責初始化目標板硬件與引導操作系統。這里采用μCLinux作為嵌入式操作系統。μCLinux(microcontrol linux)即“微控制器領域中的Linux系統”，主要是針對目標處理器沒有存儲管理單元(MMU)的嵌入式系統而設計的。它保留了Linux的大多數優點：穩定、良好的移植性、優秀的網絡功能、對各種文件系統完備的支持和標準豐富的API。同時μCLinux包含大量的設備驅動程序，以及提供良好的驅動程序開發框架。驅動程序開發或配置主要包括CAN、以太網以及NANDFLASH3大部分。上層應用程序通過使用CAN接口函數、Socket接口以及庫函數進行各種應用開發。整個系統的啟動過程是：U-Boot把μCLinux內核從NORFLASH中加載到SRAM中，然后啟動μCLinux，μCLinux初始化硬件及建立運行環境后，自動運行預設的應用程序。