CAN總線接口擴展設計與驅動開發

畢國興，贠海濤

(青島理工大學汽車與交通學院，山東青島 266520)

CAN是博世公司開發的一種串行通訊總線，主要是為解決現代汽車中不斷增加的電子器件相互間的信息交換問題。CAN總線的數據通信在工業應用中相比其他總線在可靠性、實時性和靈活性等方面具有較大優勢［1］，憑借其優良的性能及獨特的設計，在嵌入式開發中有著廣泛的應用。隨著現代汽車電子網絡化的不斷發展，車載顯示屏需要顯示的內容也在不斷增加。文中的車載顯示屏采用的是WINCE操作系統，主處理器芯片是S3C6410，針對該處理器不包含CAN總線控制器，文中采用CAN總線控制器芯片MCP2515對該處理器進行接口擴展，并設計了WINCE系統下CAN的流接口驅動程序［2］。

1 硬件設計

系統硬件電路如圖1所示，其中主處理器芯片采用三星公司的S3C6410，CAN總線控制器和收發器分別采用 MCP2515 和 MCP2551［3］。

圖1中 SPIMOSI、SPIMISO、SPICLK 和 SPICS是處理器SPI接口的數據線和控制線，INT16是MCP2515的中斷引腳，與處理器的外部中斷引腳相連。S3C6410是一款采用ARM1176JZF－S內核的高性能32位處理器，其主頻穩定工作在667 MHz，且芯片內擁有兩路SPI串行總線控制器，這可實現與CAN總線控制器 MCP2515 的通信［4］。

圖1 S3C6410的CAN總線擴展電路圖

Microchip公司的MCP2515是一款帶有SPI接口的CAN總線控制器。完全支持CAN V2.0B技術規范，該器件能發送、接收標準和擴展數據幀以及遠程幀。MCP2515自帶的兩個驗收屏蔽寄存器和6個驗收濾波寄存器可過濾掉不必要的報文，并且內部包含了兩個接收緩沖器和3個發送緩沖器。

MCP2551是一個可容錯的高速CAN器件，可作為CAN協議控制器和物理總線接口。MCP2551可為CAN協議控制器提供差分收發能力，符合ISO－11898標準［5］。

2 軟件設計

基于WINCE的設備驅動目前有3種:本機設備驅動程序、總線驅動程序和流接口驅動程序。系統采用流接口驅動程序，工作結構框圖如圖2所示［6］。

圖2 流接口驅動程序框圖

2.1 地址映射

在WINCE下，由于有MMU管理單元，因此不能使用物理地址，而只能采用虛擬地址(VA)來訪問該寄存器［2］，調用 WINCE系統函數 MmMapIoSpace()將物理地址轉化為程序可直接訪問的虛擬地址［7］。

需要映射的物理地址為:PHYSICAL_ADDRESS ioPhysicalBase={0，0};映射的地址長度為:sizeof(S3C6410_GPIO_REG);調用MmMapIoSpace()函數:v_pIOPregs=MmMapIoSpace(ioPhysicalBase，sizeof(S3C6410_GPIO_REG)，FALSE);然后可通過修改v_pIOPregs的值改變SPI寄存器，實現SPI通信。

2.2 SPI接口編程

SPI接口一共有4個多功能復用引腳，可通過這些引腳的賦值來完成SPI接口的初始化工作，使其正常啟動，從而 MCU能夠調用 SPI接口函數實現對MCP2515的操作。接口函數主要由Spi_Write和Spi_Read組成。程序流程設計如圖3所示。

圖3 SPI接口操作流程圖

2.3 CAN初始化

CAN控制器MCP2515正常運行之前，需要完成初始化。初始化工作是在函數Init_MCP2515內完成的。首先設置CAN通信的波特率，隨后屏蔽中斷，設置屏蔽和接收寄存器，接著是清除接收和發送緩沖區，最后打開中斷。

2.4 CAN收發實現

根據CAN通信協議的特性，CAN的收發程序中均包含標識符(ID)和數據。下面介紹了接收程序，在MCP2515中包含了兩個接收緩沖器RXB0和RXB1，且每個接收緩沖器配有多個驗收過濾寄存器。文中在中斷方式下，通過設置驗收過濾寄存器對符合條件的報文數據進行接收，函數流程設計如圖4所示。

2.5 流接口函數編寫

MCP2515的流接口驅動程序編譯后生成DLL，然后建立CANBus.def文件將其中的接口函數導出。這一文件中包含 CAN_Init()、CAN_IOControl()以及CAN_PowerUp()等一組標準函數，這些函數是用于完成標準的文件I/O函數和電源管理等。最終要將此文件添加到本驅動程序的工程中。

因此在對設備進行讀寫操作時，首先要先通過CreatFile()函數調用CAN_Open()打開設備，在此過程中CAN_Open()函數用到了初始化函數CAN_Init()返回的句柄，而CAN_Read()和CAN_Write()函數需要CreatFile()成功執行后返回的句柄。在應用程序中可通過ReadFile()和WriteFile()函數來調用CAN_Read()和CAN_Write()來對設備進行讀寫操作。

2.6 注冊表

具體的流接口驅動程序和注冊表是分不開的，在WINCE內核中添加注冊表文件CANBus.reg，內容為

［HKEY_LOCAL_MACHINEDriversBuiltInCANBus］

"Prefix"="CAN"

"Dll"="CANBus.dll"

"Order"=dword:1

"Index"=dword:1

圖4 接收函數流程圖

3 結束語

討論了ARM11處理器S3C6410的CAN總線接口擴展的方法，利用該處理器內部集成的SPI接口擴展，設計出了詳細的硬件電路，并設計了基于WINCE系統的CAN接口流驅動程序。試驗驗證CAN網絡通信完全正常，證明了該方案的可實施性。

［1］ 鄔寬明.CAN總線原理和應用系統設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社，1996.

［2］ 張冬泉.Windows CE實用開發技術［M］.北京:電子工業出版杜，2006.

［3］ 武安河，部銘，于洪濤.windows 2000/XP WDM設備驅動程序開發［M］.北京:電子工業出版社，2003.

［4］ 楊軍波，須文波.基于WINCE環境的CAN適配卡驅動程序的設計與實現［J］.微計算機信息，2005(21):26－28.

［5］ 王丹，華紅艷，趙嵩.基于雙層CAN總線的聲納數據通信系統設計［J］.電子科技，2010，23(9):14 －17.

［6］ 李玲娟，畢瑞英.網格環境中基于元數據節點的資源發現方法［J］.西安郵電學院學報，2008(1):97－100.

［7］ 張妮，畢雪芹，田萍果.CAN總線在汽車行駛記錄儀中的應用［J］.電子設計工程，2010(9):132－135.