基于ARM Cortex3的低功耗無源USB-CAN透明傳輸的實現
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4.1.2 關于CAN控制器的配置程序設計
根據CAN2.0協議，CAN總線報文的發送和接收需要進行一系列配置，圖2為CAN報文發送接受配置流程圖。
4.2 USB通信相關
4.2.1 LM3S5956微處理器的USB控制器
LM3S5956微處理器的USB控制器支持USB Host/Device/OTG功能，可運行在全速和低速模式。它符合USB2.0標準，包含掛起和喚醒信號。它包含32個端點，其中包含2個用于控制傳輸的專用連接端點(一個用于輸入，一個用于輸出)，其他30個端點帶有可軟件動態定義大小的FIFO并以支持多包隊列。FIFO支持DMA，可有效降低系統資源的占用。USB Device啟動方式靈活，可軟件控制是否在啟動時連接。USB控制器遵從OTG標準的會話請求協議(SRP)和主機協商協議(HNP)。
LM3S5956微處理器的芯片供應商TI公司提供了一套完整的USB開發解決方案(USBLIB)，極大地縮短了用戶的開發周期，本項目將采用USBLIB中的USB虛擬串口方式進行數據傳輸，這樣，上位機驅動包的支持下，可以通過串口調試工具直接對USB的數據進行讀寫。在USB虛擬串口的方案中，USB通信模塊主要分為USB驅動、USB虛擬串口應用層、用戶應用層三部分。
根據USB協議，本項目中的USB通信模塊屬于從USB設備，USB驅動的設計主要包括以下函數的定義：返回從站地址函數、配置從站地址函數、USB控制器連接函數、USB控制器關閉函數、端點配置函數、數據應答函數、端點停止函數、端點啟動函數、端點狀態清除函數、端點數據獲取函數、端點數據賦予函數、端點傳輸啟動函數、端點狀態返回函數。
USB虛擬串口應用層介于用戶應用層和USB驅動層之間，是目前最流行的USB應用層協議之一，其最大的特點就是可以模擬串口的數據傳輸方式，還可以保證實時性和準確性。適合傳輸較為簡短的數據。而CAN報文的數據域最長只有8個字節，所以USB虛擬串口協議非常適合轉發CAN報文數據。虛擬串口協議主要包括以下函數的定義：虛擬串口初始化函數、虛擬串口數據包讀取函數、虛擬串口數據包寫入函數。
用戶應用層主要包括USB枚舉常量的定義、虛擬串口設備定義、發送和接收緩沖區定義、虛擬串口通信參數設置函數、虛擬串口通信參數獲取函數、設備控制中斷函數、數據接收中斷函數、數據發送中斷函數。
4.2.2 程序邏輯
在USB虛擬串口設備的軟件結構中，TI提供的USBlib庫已經實現了大部分工作，只需要實現三個和USB設備相關的回調函數就可以了。這三個函數分別為：
USBControlHandler：處理和控制端口相關的事件
USBRxHandler：處理和接收端口相關的事件
USBTxHanler：處理和發送端口相關的事件
在控制端口處理函數中，主要處理設備連接、設備斷開、掛起中斷、喚醒中斷等事件。
4.3 主程序設計
為保證數據透傳的實時性，雙向數據包均采用中斷的方式進行轉發，即在CAN接受中斷發生之后，立即將數據包轉發至USB發送緩沖區;在USB接收中斷發生以后，立即將數據包轉發至CAN發送緩沖區，保證了數據的實時性和完全透明傳輸。如圖3為CAN中斷服務函數。
4.4 開發平臺與功能測試
本項目的軟件交叉編譯平臺為WINDOWS XP平臺下的MDK4.0編譯器，下載仿真器為JLINK V8。
按照圖4所示方式進行連線，在上位PC機安裝USB虛擬串口支持包之后，打開串口調試助手，進行相關串口參數配置之后，就可以很方便地進行數據的雙向收發測試。
5 功能拓展與前瞻
從OSI網絡模型的角度來看，現場總線網絡一般只實現了第1層(物理層)、第2層(數據鏈路層)、第7層(應用層)。因為現場總線通常只包括一個網段，因此不需要第3層(傳輸層)和第4層(網絡層)，也不需要第5層(會話層)，第6層(描述層)的作用。
CAN2.0協議只定義物理層和數據鏈路層，沒有規定應用層，本身并不完整，需要一個高層協議來定義CAN報文中的11/29位標識符、8字節數據的使用。而且，基于CAN總線的工業自動化應用中，越來越需要一個開放的、標準化的高層協議：這個協議支持各種CAN廠商設備的互用性、互換性，能夠實現在CAN網絡中提供標準的、統一的系統通訊模式，提供設備功能描述方式，執行網絡管理功能。其中應用層可以為網絡中每一個有效設備都能夠提供一組有用的服務與協議。
本項目中的USB—CAN透明傳輸卡只實現了對于CAN總線協議的物理層和數據鏈路層，為了實現更高層次的應用，可以考慮將流行歐洲的CAN總線應用層協議CANopen與USB—CAN透明傳輸協議軟件模塊進行整合，開發一個以PC作為上位機的CANopen主站，或者以USB設備為下位機的一個CANopen從站，如果能夠實現，將會極大地豐富本項目在工業場合的應用。
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