基于Arduino實現帶CAN功能的STM32燒錄器控制系統

陳景郁 朱洪雷

0 引言

STM32系列的微控制器，由于其性能優勢，性價比高，穩定性好，廣泛用在嵌入式設備中；在物聯網、智能家居、智能汽車以及智能醫療系統中都有應用[1-2]。目前市場上，STM32系列微控制器的燒錄設備比較單一，固件燒錄定制化的功能不足；或者使用定制化的燒錄設備，但成本就會比較高，對于生產線要求高，難以推廣。本文介紹在定制化STM32燒錄器過程中，基于Arduino快速實現燒錄器CAN通信需求的一種方案，以一種比較低成本的方法，最大限度滿足生產特殊的需求。

1 燒錄器功能概述

STM32系列微控制器可以通過ST公司提供的調試開發工具ST-Link燒錄固件。本文介紹的定制化燒錄器通過集成多路ST-Link的方法，實現多路的差異化燒錄STM32微控制器方法。燒錄器上集成多路ST-Link通過USB總線連接到上位機PC端。上位機PC控制固件的加載導入，可以分別加載不同的固件。定制化的燒錄器上，需要有控制器控制燒錄器的電源，指示燈機以及按鍵。另外由于燒錄器有接入CAN網絡總線的需求，需要增加CAN控制器模塊。

燒錄器的控制主要是I/O的控制，以及CAN網絡總線的傳輸。CAN傳輸的數據量并不大，不需要非常高的負載，只需要滿足500KBPS的速率即可。所以這里選擇了比較便捷靈活的Arduino開發系統及其套件來實現。

Arduino是開源的電子開發系統，由于其便捷、靈活及開放的開發方式，深受廣大電子愛好者們的喜歡[3]。從2005年Arduino項目誕生以來，吸引了無數發開這參與到其中，衍生出許多種控制器；也為后來的開發者引入許多開發案例。在此基礎上可以非常靈活迅速地搭建出一個控制系統。在本文的案例中，我們選用了Arduino UNO主控板，CAN控制器選擇MCP2515芯片的開發套件。

Arduino UNO是最基礎的主控板，ATmega328P微控制器，5 V工作電壓，16MHz的工作頻率，32KB的Flash，2KB的RAM，有14個數字I/O，6個模擬I/O，I/O驅動電流可達20 mA。通過USB連接，可以通過USB供電，調試開發都非常方便。

MCP2515是MicroChip公司推出的一款CAN協議控制器芯片，支持CAN V2.0B的協議規范，通訊速率可達1Mbps[4]。可以通過SPI接口控制MCP2515芯片，速率可達到10 MHz。芯片能發送和接收標準和擴展數據幀以及遠程幀，自帶2個驗收屏蔽寄存器和6個驗收濾波寄存器可以忽略不關注的報文，減少控制器不必要的開銷。配合TJA1050 CAN總線收發器，就可以將節點掛接在CAN總線上了。

圖1 MCP2515 CAN控制器模塊原理圖

2 燒錄器控制系統設計

燒錄器上設置了多位STM32待燒錄芯片，通過ST-Link連接。PC通過USB總線連接各個ST-Link，燒錄固件通過PC加載導入。

燒錄器控制器由Arduino UNO和MCP2515 CAN控制器組成，可以控制燒錄器上的按鍵、指示燈和蜂鳴器，以及UART與PC上位機連接。通過MCP2515連接到CAN總線上，監聽CAN總線上的報文，可以實現遠程CAN網絡對燒錄固件的選擇，完成燒錄任務后，檢測芯片燒錄情況，芯片自檢是否成功等。燒錄器設計系統如下圖。

3 軟件設計與調試

Arduino軟件的開發，使用Arduino IDE工具，非常方便快捷就可以搭建系統；可以通過庫的更新，不斷擴展Arduino的能力，增加新的開發功能。大部分庫都是開源的軟件，全球有許多工程師在為此開發新的庫，設計新的模塊套件，數量還在不斷地增長。

在開發調試時候，需要注意的幾個技巧要點：

（1）Arduino調試打印端口與通信端口的獨立分開，因為Arduino IDE采用了USB serial串口與Arduino UNO開發板的通信，包括固件的下載。如果調試log也通過統一個串口打印，會比較混亂。Arduino提供了GPIO模擬串口的接口，選用GPIO模擬串口作為調試log輸出，可以方便調試，隔離控制數據，對系統穩定性也有較好的幫助。定義PB0和PB1為串口RX和TX管腳：

（3）MCP2515初始化時候，要注意時鐘頻率的設置，時鐘設置要與硬件設計保持一致。本文案例使用時鐘為8MHz，與Arduino中默認的時鐘有差別，需要特別修改。

CAN.begin（CAN_500KBPS，MCP_8MHz）

（4）MCP2515是可以設置過濾器，幀ID符合才緩存報文；這樣可以減少控制器的負載，減少不必要CAN報文的干擾。

CAN.init_Filt（0，1，0x073）

4 總結

基于Arduino實現的帶CAN總線連接控制的燒錄器，解決了上位機PC接入CAN總線的問題，實現了通過CAN控制芯片的燒錄和燒錄后的測試自檢。使用Arduino開發平臺，方便快捷靈活，性價比高，穩定性也有所保證。定制化的燒錄器設備應用到產線生產上，能很好地解決了燒錄裝置的問題，大大提高了生產效率。

圖2燒錄器設計框圖