μC／OS-II的CAN驅動程序設計

摘要：實時性是衡量CAN現場總線系統性能的一個重要標準。本文提出一種采用μC／OS-II操作系統和I-CAN協議，在應用層面上提高CAN總線系統實時性的驅動程序設計方案，并以分層的方式逐層闡述CAN驅動程序的設計過程。
關鍵詞：CAN總線；μC／OS-II；實時性；驅動程序

引言
CAN總線是德國Bosch公司于1983年針對汽車應用而開發的，一種能有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，屬于現場總線的范疇。其通信距離與波特率有關，最大通信距離可達10 km，最大通信波特率可達1 Mbps。CAN總線仲裁采用1l位(CAN2．OA協議)和29位(CAN 2．OB協議)標志，以及非破壞性仲裁總線結構機制，可以確定數據塊的優先級，保證在網絡節點沖突時最高優先級節點不需要沖突等待。CAN總線上的任何節點均可在任意時刻，主動向網絡上其他節點發送信息而不分主次，從而實現各節點之間的自由通信。目前，CAN總線協議已被國際標準化組織認證，技術比較成熟，已廣泛應用于汽車、工業、高速網絡和低價位多路連線等領域中。
μC／OS-II是Jean J．Labrosse開發的一種小型嵌入式操作系統。它實質上是基于優先級的可剝奪型內核，系統中的所有任務都有一個唯一的優先級別，適合應用于實時性要求較強的場合。本文采用μC／OS-II來設計CAN的驅動程序，以滿足系統的實時要求。

1 CAN節點的硬件設計
CAN節點是分布在CAN網絡中進行相互通信的基本單元，主要由主控制器、CAN控制器和CAN收發器組成。本設計中，節點的基本結構如圖1所示。在CAN網絡中，ECU(Electronic Control Unit)是指一個具有完整功能的CAN節點。

采用NXP公司的LPC2368作為CAN節點的主控制器。LPC2368是一款基于ARM7TDMI-S內核的RISC處理器，包含2個兼容CAN2．0B規范的CAN控制器。每個CAN控制器擁有雙重接收緩沖器和三態發送緩沖器，具有快速的硬件實現的搜索算法，可以支持大量的CAN標識符。
LPC2368是一款3．3 V器件，雖然其對應的CAN收發器接口引腳能夠承受5 V電壓，但為了讓CAN節點能夠更穩定地運行，這里采用TI公司的3．3 V CAN收發器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120個CAN節點，并且能夠和5V的CAN收發器良好地兼容。本文重點介紹CAN驅動程序的設計方法。

2 CAN驅動程序設計總體思想
為了使軟件可移植性強、易于維護，采用分層的方法編寫CAN驅動程序。驅動程序分層結構如圖2所示。圖中，雙向箭頭表示實時操作系統μC／OS-II與CAN驅動程序之間的數據交換，單向箭頭表示上層軟件對下層軟件的調用。

3 CAN設備控制層和CAN接口控制層
CAN設備控制層的主要任務是：初始化主控制器與CAN控制器之間的連接配置，復位CAN控制器，建立主控制器和CAN控制器之間的通信函數。由于LPC2368內部集成了CAN控制器，CPU可以通過內部APB總線接口對CAN控制器的所有寄存器進行訪問，所以不再需要編寫設備控制驅動層程序，已經完全由硬件實現了。
CAN接口控制層主要任務是：實現CAN控制器的各種功能，如設置控制模式、發送數據、釋放接收緩沖區、配置驗收濾波器等。這些操作都是通過讀寫CAN控制器的內部相關寄存器來實現的。
CAN控制器初始化程序(在應用層中實現，內部調用的函數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，可以通過宏定義的形式進行編寫。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控制器進入復位模式。這種模式下，可以對控制器的所有寄存器進行寫操作。其他對CAN控制器內部寄存器的操作可以參照LPC2368的技術手冊。