兩種采用CAN總線進(jìn)行通信的系統(tǒng)比較 - 全文

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　　1 前言

　　can總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，它可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，且無(wú)主、從之分;具有傳輸速度快、自動(dòng)解決總線競(jìng)爭(zhēng)、實(shí)時(shí)性好、可靠性高、糾錯(cuò)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前已成為一種國(guó)際總線標(biāo)準(zhǔn)。

　　由于can總線具有諸多優(yōu)點(diǎn)，它的應(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)絡(luò)。在自動(dòng)化電子領(lǐng)域的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化、建筑物環(huán)境控制、機(jī)床、電梯控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。

　　sja1000是一種獨(dú)立的can控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。它是philips半導(dǎo)體公司pca82c200can控制器(basiccan)的替代產(chǎn)品，而且它增加了一種新的操作模式——pelican，這種模式支持具有很多新特性的can2.0b協(xié)議。sja1000的基本特性以及電氣參數(shù)均與pca82c200獨(dú)立can控制器兼容，具有pca82c200模式(即默認(rèn)的basiccan模式)，有擴(kuò)展的接收緩沖器64字節(jié)，先進(jìn)先出(fifo)，支持can2.0a和can2.0b協(xié)議，支持11位和29位標(biāo)識(shí)碼，通信位速率可達(dá)1mbps。

　　獨(dú)立的can控制器芯片需要外接一個(gè)處理器，接受外部cpu的控制才能運(yùn)行。如果處理器內(nèi)帶有can控制器，那么無(wú)疑會(huì)大大簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的可靠性也會(huì)有很大的提高。所以出現(xiàn)了很多帶有can控制器的處理器，philips公司的p8xc591單片機(jī)就是其中的一種，它完全履行can2.0b規(guī)范，并提供一個(gè)直接從sja1000獨(dú)立can控制器的軟件移植路徑。

　　2 兩種通信方式介紹

　　2.1 獨(dú)立的can控制器sja1000通信方式

　　sja1000是一種獨(dú)立的can控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。它是philips公司pca82c200can控制器(basiccan)的替代產(chǎn)品，它在完全兼容pca82c200的基礎(chǔ)上，增加了一種新的工作模式pelican，sja1000完全支持具有很多新特性的can2.0b協(xié)議。sja1000的工作模式通過(guò)其內(nèi)部的時(shí)鐘分頻寄存器(cdr)中的can模式位來(lái)選擇，硬件復(fù)位時(shí)默認(rèn)模式是basiccan工作模式[1]。

　　sja1000可以支持多種微處理器的時(shí)序特性，如intel模式或motorola模式。sja1000與微處理器的接口非常簡(jiǎn)單，微處理器以訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的方式來(lái)訪問(wèn)sja1000，在設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，sja1000的片選地址應(yīng)與其他外部存儲(chǔ)器的片選地址在邏輯上無(wú)沖突。

　　sja1000有2種模式可以供微處理器訪問(wèn)其內(nèi)部寄存器，2種模式下的訪問(wèn)是有區(qū)別的，這2種模式分別是復(fù)位模式和工作模式，當(dāng)硬件復(fù)位、控制器掉線、置位請(qǐng)求位時(shí)，sja1000進(jìn)入復(fù)位模式。當(dāng)清楚其內(nèi)部控制寄存器(cr)中的復(fù)位請(qǐng)求位時(shí)，sja1000進(jìn)入工作模式，有些內(nèi)部的寄存器只能在復(fù)位模式下訪問(wèn)，有些寄存器只能在工作模式下訪問(wèn)，而有些寄存器在這2種模式下都可以訪問(wèn)。

　　2.2 philips單片機(jī)p8xc591的通信方式

　　philips半導(dǎo)體公司的p8xc591是一個(gè)用先進(jìn)的coms工藝制造的高性能8位單片機(jī)，具有片內(nèi)can控制器。它從mcs-51微控制器家族派生而來(lái)，采用了強(qiáng)大的80c51指令集，并成功的包括了philips半導(dǎo)體sja1000，can控制器的pelican功能，提供了專用的硬件，其方框圖如圖1所示。全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴(kuò)展的節(jié)電方式。振蕩器可停止和恢復(fù)而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。改進(jìn)的1:1內(nèi)部時(shí)鐘分頻器在12mhz外部時(shí)鐘速率時(shí)實(shí)現(xiàn)500ns指令周期[1]。

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　　圖1 p8xc591的方框圖

　　p8xc591是一個(gè)高性能的微控制器，其專注的硬件結(jié)構(gòu)及增強(qiáng)型的philips“rx+內(nèi)核”使得其可以廣泛用于工業(yè)控制和汽車領(lǐng)域。片上自帶的can控制器為can的應(yīng)用提供許多專用的硬件功能。p8xc591完全履行can2.0b規(guī)范并提供一個(gè)直接從sja1000獨(dú)立can控制器的軟件移植路徑。p8xc591具有can的擴(kuò)充特性，其中包括增強(qiáng)型接收濾波器、支持系統(tǒng)維護(hù)、診斷、系統(tǒng)優(yōu)化以及接收f(shuō)ifo特性等，使得p8xc591具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　p8xc591包含的嵌入式can控制器具有下列功能模塊：can內(nèi)核模塊，根據(jù)can2.0b規(guī)范控制can幀的發(fā)送和接收;can接口模塊，包含了5個(gè)實(shí)現(xiàn)cpu與can控制器連接的特殊功能寄存器，對(duì)重要can寄存器的訪問(wèn)通過(guò)快速自動(dòng)增加的尋址特性和對(duì)特殊功能寄存器的位尋址來(lái)實(shí)現(xiàn);can控制器的發(fā)送緩沖區(qū)模塊，能夠保存一個(gè)完整的can信息擴(kuò)展或標(biāo)準(zhǔn)幀格式，只要通過(guò)cpu啟動(dòng)發(fā)送信息，字節(jié)就從發(fā)送緩沖區(qū)傳輸?shù)絚an內(nèi)核模塊，當(dāng)接收一個(gè)信息時(shí)，can內(nèi)核模塊將串行位流轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)輸入到接收濾波器，通過(guò)該可編程濾波器，p8xc591確定實(shí)際接收到的信息，所有由接收濾波器接收的數(shù)據(jù)都保存在接收f(shuō)ifo(64字節(jié))中，取決于操作模式和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的不同該接收緩沖區(qū)最多可保存21個(gè)can信息。這使用戶在指定系統(tǒng)的中斷服務(wù)和中斷優(yōu)先級(jí)時(shí)有更多的靈活性，因?yàn)閿?shù)據(jù)溢出的可能性大大降低。

　　除了普通的can特性以外，p8xc-591還提供增強(qiáng)型pelican。pelican具有4個(gè)獨(dú)立可配置的接收濾波器組，每個(gè)組都有4個(gè)可選的接收濾波器配置;每個(gè)接收濾波器都有32位區(qū)分符、32位代碼和32位屏蔽;所有濾波器配置都可在運(yùn)行中改變;支持更高層協(xié)議的接收濾波器;接收f(shuō)ifo特性;只聽模式及自檢測(cè)模式;只有達(dá)到fifo接收中斷級(jí)才能產(chǎn)生接收中斷;在接收到高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)幀時(shí)立即產(chǎn)生接收中斷;支持系統(tǒng)維護(hù)、診斷和優(yōu)化等特性[2]。

　　3 兩種通信方式比較

　　當(dāng)獨(dú)立的can控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送時(shí)，在設(shè)計(jì)微處理器與sja1000的接口電路時(shí)，首先要選擇微處理器和sja1000的接口模式，其次要注意sja1000的片選地址應(yīng)與其他的外部存儲(chǔ)器無(wú)沖突，還應(yīng)注意sja1000的復(fù)位電路應(yīng)為低電平有效等一些問(wèn)題，其硬件電路的設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)是非常復(fù)雜的。如果有一點(diǎn)問(wèn)題沒有注意到，就有可能造成數(shù)據(jù)無(wú)法發(fā)送和接收。

　　sja1000內(nèi)部寄存器分布于0～31連續(xù)的地址空間中，包括控制段和信息緩沖區(qū)?？刂贫卧诔跏蓟d入時(shí)可被編程來(lái)配置通訊參數(shù)(例如：波特率、位時(shí)序等)。微控制器也是通過(guò)這個(gè)段來(lái)控制can總線上的通訊狀態(tài)。信息緩沖區(qū)分為發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)。微處理器將要發(fā)送的信息寫入發(fā)送緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)發(fā)送命令后，可進(jìn)行報(bào)文的發(fā)送。符合接收條件的接收到的信息放入接收緩沖區(qū)，微處理器可以讀出這些信息，并進(jìn)行處理。

　　硬件電路的設(shè)計(jì)如果采用了philips公司的自帶can控制器的單片機(jī)p8xc591，就不會(huì)存在以上的問(wèn)題。由于p8xc591含有片上的can控制器，透過(guò)txdc、rxdc兩個(gè)管腳，p8xc591就可以直接和外部的can節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)。p8xc591自帶的can控制器在軟件上是向上兼容sja1000的。p8xc591所連接的can節(jié)點(diǎn)電路所需要的外部元件僅僅是一個(gè)晶振加兩個(gè)電容驅(qū)動(dòng)片內(nèi)振蕩器、一個(gè)連接到復(fù)位腳的電阻、電容。使用片內(nèi)上電復(fù)位電路以及一個(gè)收發(fā)器pca82c250用于將p8xc591連接到can總線。所以我們能夠很方便的使用，而且不必考慮很多外部電路的連接，使我們能夠避免很多容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

　　p8xc591通過(guò)對(duì)can的特殊功能寄存器如地址寄存器(canadr)、數(shù)據(jù)寄存器(candat)、模式寄存器(canmod)、控制寄存器(cancon)、狀態(tài)寄存器(cansta)、總線定時(shí)寄存器(btr0，btr1)等的設(shè)置以及對(duì)收發(fā)緩沖區(qū)的讀寫，從而完成和其它c(diǎn)an節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)本文的介紹，我們對(duì)獨(dú)立can控制器sja1000和philips公司的p8xc591單片機(jī)有了進(jìn)一步的了解，通過(guò)后者，我們可以把硬件電路連接兩個(gè)處理器所完成的任務(wù)，簡(jiǎn)化為只用一個(gè)微控制器就可以完成。這樣大大簡(jiǎn)化了電路的硬件連接，而且也提高了系統(tǒng)的可靠性。