基于USB接口的CAN總線適配器設計

SJA1000和PDIUSBD12都有完善的中斷機

微控制器可以通過讀它們的中斷寄存器獲得總線事件。為了提高固件的運行效率，主程序?qū)ο到y(tǒng)進行實始化后開放中斷，在中斷服務程序中對事件進行分析和必要的處理，并設置相應的變量標志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。主程序則循環(huán)查詢變量標志，調(diào)用相應的子程序進行處理。這種程序結(jié)構(gòu)使得主程序能夠在前臺處理各種數(shù)據(jù)傳送任務，同時又可以通過中斷在后臺及時處理總線事件。

2.1.1 CAN協(xié)議實現(xiàn)

SJA1000支持BasicCAN和PeliCAN兩種協(xié)議模式。在適配器設計中采用了BasicCAN模式。中斷設為電平中斷方式，SJA1000中斷服務程序框圖如圖2所示。

2.1.2 USB1.1協(xié)議實現(xiàn)

PDIUSBD12支持所有的四種USB數(shù)據(jù)傳輸方式。在適配器的設計中使用了控制傳輸、中斷傳輸和批量傳輸。控制傳輸中只用來傳遞控制信息，固定使用端點0；中斷傳輸使用端點1，用來傳送CAN網(wǎng)絡狀態(tài)信息；批量傳輸用來實現(xiàn)主機和CAN網(wǎng)絡節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳送，使用端點2。圖3是PDIUSBD12中斷服務程序框圖。

2.2 驅(qū)動程序設計

USB驅(qū)動程序?qū)儆赪DM(Windows driver module)類型。WDM驅(qū)動程序是分層的，引入了FDO（Function Device Object）和PDO（Physical Device Object）兩個新類來描述硬件，每一個物理硬件有一個PDO，但是可以有多個FDO，在驅(qū)動程序中直接操作的是PDO和FDO。系統(tǒng)通過全局唯一標識符GUID實現(xiàn)驅(qū)動程序的識別。應用程序和WDM驅(qū)動程序通信時，系統(tǒng)為每個用戶請求打包形成一個I/O請求包發(fā)送到驅(qū)動程序。

圖4是Windows中USB的通信層次結(jié)構(gòu)模型。圖4系統(tǒng)軟件方塊中的底部是Windows系統(tǒng)提供的驅(qū)動程序，包括主控制器驅(qū)動程序（OPENHCI.SYS或者UHCD.SYS）、HUB驅(qū)動程序（USBHUB.SYS）是一個類驅(qū)動程序（USBD.SYS）。

Windows2000下驅(qū)動程序的設計工具是VC++和Win2000DDK，但是直接使用DDK編程有相當大的難度。目前有第三方軟件廠商提供了一些驅(qū)動程序開發(fā)工具，如Jungo公司的WinDriver、Compuware公司的DriverStudio等。這些工具仍然是基于WindowsDDK的，但是進行了新的封裝，提供了驅(qū)動程序設計向?qū)А?P style="TEXT-INDENT: 30px">

適配器設計中采用了DriverStudio作為驅(qū)動程序開發(fā)工具。利用其中的DriverWorks一步步地作出選擇并修改少量參數(shù)，即可生成驅(qū)動程序框架和測試臺應用程序框架，對USB設備的通用性部分支持得很好。在程序框架，對USB設備的通用性部分支持得很好。在VC++中對向?qū)傻拇a作修改，并對設備特殊功能部分添加處理代碼，然后用VC++編譯為*.SYS文件，就是一個完整的驅(qū)動程序。SoftIce是DriverStudio的另一個調(diào)試工具，可以對驅(qū)動程序進行操作系統(tǒng)內(nèi)核級的跟蹤與調(diào)試。

生成驅(qū)動程序后，編寫相應的INF文件是重要的一步。INF文件在操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)新硬件之后向系統(tǒng)指明應該安裝的驅(qū)動程序、系統(tǒng)向設備提供的服務以及注冊表項要修改的內(nèi)容。

基于USB接口的CAN總線適配器經(jīng)過試驗運行證明：在中小規(guī)模和短時大數(shù)據(jù)塊傳送時，能夠很好地完成網(wǎng)絡通信任務。USB接口是計算機外設的發(fā)展趨勢，目前主要用在中低速場合。隨著USB2.0規(guī)范的推出，又逐漸向高速應用發(fā)展。因此將現(xiàn)場總線網(wǎng)絡和計算機接口相連的適配器具有廣泛的應用前景。