CAN/GPRS無線車載網關的設計與實現

4.2 ARM-Linux 下SPI 驅動程序編寫
使用 S3C2410 自帶的SPI 通道0 與MCP2510 進行通信，其SPI 驅動程序流程[3]如下：
(1)寫SPPRE0 寄存器，設置波特率。
(2)寫SPCON0 寄存器，設置數據傳輸為0,0SPI 模式。
(3)向SPIDAT0 寄存器寫10 次0xFF，以初始化MCP2510。
(4)設置GPIO 引腳，用來充當片選，設定低電平以激活MCP2510。
(5)檢查SPSTA0 寄存器的發送狀態位REDY 是否為1，若是，則可以向SPTDAT0 寄存器寫數據并發送出去。
(6)SPCON0 寄存器的TAGD 不使能，向SPTDAT0 寄存器寫入0xFF，在確認REDY 有效后，可從SPRDAT0 寄存器中讀數據；TAGD 使能，確認REDY 后，也可從SPRDAT0 寄存器中讀數據。
(7)設置GPIO 引腳，信號設為高電平，片選不使能。
4.3 ARM-Linux 下CAN 驅動程序編寫
因為 CAN 應用層協議是基于CAN2.0B 技術規范設計的，所以通信報文采用CAN2.0B擴展幀格式。
初始化：(1)發送0xc0 復位指令，MCP2510 復位；(2)進入配置模式，設置CAN 總線波特率，關中斷；(3) 設置屏蔽寄存器RXM(0、1)SID(L/H)、RXM(0、1)EID(8/0)和濾波寄存器RXF(0～5)SID(L/H)、RXF(0、1)EID(8/0)并啟動；(4)設置CAN 設備為普通模式并切換到正常模式；(5)清空接收和發送緩沖區。(6)開啟接收或發送緩沖區，開啟中斷。發送報文：(1)寫標識符寄存器TXB(0～2)SID(L/H)、TXB(0～2)EID(8/0)；(2)向發送緩沖器數據長度寄存器TXB(0～2)DLC 寫入要發送的報文長度；(3) 寫數據時，需依次向MCP2510 發送0x02 寫指令、發送緩沖器數據寄存器TXB(0～2)DM 的8 位地址碼和需要發送的報文數據；（4）必須進行發送有效性檢測，即：檢測發送緩沖器控制寄存器TXB(0～2)CTRL 的TXREQ 位。為1 時，說明正在發送報文，須等待；當此報文發送完畢后，該位將被自動清零，這時才可寫入下一個將要發送的報文數據。接收報文：(1) 向MCP2510 發送0xA0 狀態讀指令，并不斷檢測中斷標志寄存器CANINTF，當發現RX(0、1)IF 位為1，說明接收緩沖器已收到報文；(2)這時可從接收緩沖器標識符寄存器中讀出幀的ID，從接收緩沖器數據長度寄存器RX(0、1)BDLC 讀出收到的報文長度；(3)讀數據時，需依次向MCP2510 發送0x03 讀指令、接收緩沖器數據寄存器RXB(0、1)DM 的8 位地址碼后MCP2510 才會將數據通過SO 引腳發送出來。讀完數據，RX(0、1)IF 位需清零。
4.4 ARM-Linux 下串口驅動程序修改及加載
因為我們使用的是與 16c550 寄存器兼容的UART 控制器芯片SC16C550，所以需要加載其在Linux 下的驅動程序serial_8250.c。但SC16C550 芯片是通過外部總線和S3C2410 微處理器連接的，所以在驅動程序的serial8250_isa_init_ports 函數中需加入對SC16C550 芯片所在Bank 空間的初始化，包括設置讀/寫時序、速度和總線寬度等信息[4]。
4.5 ARM-Linux 下GPRS 聯網
GPRS 通過PPP(Point-to-Point Protocol，點對點協議)來完成聯網。PPP 是在直接連接的串行鏈路上創建和運行IP 網際協議或其他網絡協議的一個方案。在ARM-Linux 下對PPP的支持需要內核和應用程序配合管理。對于Linux2.6 內核，在配置內核時需要選擇對PPP的支持，如：在Network device support 菜單下，選擇支持PPP 協議、PPP 異步/同步串口通信和PPP 壓縮。此外，還需要移植Linux 下PPP 的應用程序工具包，即把交叉編譯后得到的pppd、chat 程序加入根文件系統。在根文件系統的/etc/ppp 目錄下，還需編寫3 個腳本文件：options(pppd 配置腳本)、gprs-connect(pppd 連接腳本)、gprs-disconnect(pppd 斷開腳本)。在options 腳本中需指定串口控制臺設備/dev/ttse/0、連接波特率115200、連接和斷開腳本的存放路徑； 在gprs-connect 腳本中運行chat 程序， 并指定APN 接入點， 如：'AT+CGDCONT=1,IP,CMNET,,0,0'和ISP 呼叫號碼：'ATD*99***1#'等。這樣系統啟動
后，直接使用pppd 命令即可實現GPRS 無線接入互聯網。
4.6 CAN 應用層協議與UDP 或TCP 協議轉換
因為 GPRS 網絡是建立在TCP/IP 協議基礎上的，所以通過GPRS 網絡與Internet 遠程服務器通信可以使用UDP 或TCP 協議。由于S3C2410 上不僅移植了Arm-Linux 操作系統，其本身已支持TCP/IP 協議，而且我們也把CAN 的應用層協議加載了上去。所以在網關上無線發送數據時，只需將汽車CAN 網上的CAN 數據包數據域中的數據加上UDP 或TCP包頭即可發送出去；當在網關上無線接收數據時，只需去掉UDP 或TCP 數據包的包頭，得
到的數據可以遵照CAN 應用層協議的報文格式向CAN 網上發送。協議轉換如圖4 所示。

4.7 心跳程序的實現
因為 CAN/GPRS 無線網關與Internet 遠程服務器通信時，可能會出現連接的異常情況，所以需要使用心跳程序來檢測異常情況的發生，并通過心跳程序重新撥號來保證無線通信鏈路的正常連接[5]。我們可以定時Ping 遠程服務器，若能Ping 通，則表示無線通信鏈路工作正常；若多次無法Ping 通，則必須斷開連接，重新撥號。
5 結論
本文詳細介紹了 CAN/GPRS 無線車載網關的實現，所實現的網關在實驗通信網絡中能較好地完成汽車內部CAN 網數據信息與外界的交互任務，并能長時間穩定運行，基本上達到了工作要求。
本文作者創新點：在CAN/GPRS 無線車載網關上能成功地運行ARM-Linux 嵌入式操作系統、心跳程序和底層硬件驅動程序，完成了CAN 應用層協議與TCP 或UDP 協議的轉換，使得汽車內部CAN 網能與外界進行無線數據通信。