設(shè)計(jì)給出的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，它采用內(nèi)置多路CAN總線控制器的LPC2294作為主控制器，采用隔離CAN收發(fā)器CTM1050T作為收發(fā)器，使得該節(jié)點(diǎn)體積小、功耗低、抗干擾性好，因而特別適用于汽車(chē)、工業(yè)控制以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線中。

　　1.硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 LPC2294的特點(diǎn)

　　LPC2294是PHILIPS公司推出的一款功能強(qiáng)大的超低功耗的具有ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器。內(nèi)部嵌入256 KB的高速Flash 存儲(chǔ)器和16KB靜態(tài)RAM。128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率（60MHz）下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16 位Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。

　　由于LPC2294 的144 腳封裝、極低的功耗、兩個(gè)個(gè)32 位定時(shí)器、八通道10 位ADC、四路互連的CAN接口、PWM 通道（六路）以及多達(dá)九個(gè)外部中斷管腳使它們特別適用于汽車(chē)、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線。

　　LPC2294 集成4路CAN 控制器。他們具有如下特性：

　　★ 單個(gè)總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Mb/s

　　★ 32 位寄存器和RAM訪問(wèn)

　　★ 兼容CAN 2.0B， ISO 11898-1標(biāo)準(zhǔn)

　　★ 全局驗(yàn)收濾波器可以識(shí)別所有CAN 總線的11 位和29 位Rx 標(biāo)識(shí)符

　　★ 驗(yàn)收濾波器為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符提供了Full CAN-style 自動(dòng)接收功能

　　1.2 隔離CAN收發(fā)器CTM1050T

　　CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，其主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，并且具有（DC 2500V）隔離功能、ESD保護(hù)功能及TVS管防總線過(guò)壓功能。CTM1050T具有以下特性：

　　☆完全符合CAN 2.0和ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)的CAN收發(fā)器

　　☆具有隔離、ESD保護(hù)功能及TVS管防總線過(guò)壓功能；

　　☆速率最高達(dá)1Mbit/s；

　　☆隔離電壓：DC 2500V

　　☆電磁輻射EME極低，電磁抗干擾EMI性極高；

　　☆無(wú)需外加元件可直接使用。

　　1.3 CAN智能節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)

　　CAN智能節(jié)點(diǎn)硬件電路如圖1所示。

　　圖1基于LPC2294的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)硬件電路

　　主控制器LPC2294的晶振頻率范圍為1～30MHz。本設(shè)計(jì)選晶振頻率為20MHz。內(nèi)部256KB的高速Flash存儲(chǔ)器用于代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。對(duì)于FLASH存儲(chǔ)器，可通過(guò)內(nèi)置的串行JTAG接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程（ISP In-System Programming），或進(jìn)行在應(yīng)用編程（IAP In-Application Programming）。為了便于調(diào)試和系統(tǒng)升級(jí)，在設(shè)計(jì)中總可以預(yù)留這些接口電路。

　　LPC2294采用雙電源供電。CPU的供電電壓范圍為1.65～1.95V（1.8±0.15V），I/O供電電壓范圍為3.0～3.6V（3.3±03V）。

　　隔離CAN總線收發(fā)器CTM1050T是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。在以往的設(shè)計(jì)方案中需要高速光耦（6N137）、DC/DC電源隔離模塊、CAN收發(fā)器等其他元件才能實(shí)現(xiàn)帶隔離的CAN收發(fā)電路，現(xiàn)在只需利用一片CTM1050T接口芯片就可以實(shí)現(xiàn)帶隔離的CAN收發(fā)電路，并且隔離電壓可以達(dá)到DC 2500V。

　　1.4硬件的抗干擾設(shè)計(jì)

　　在本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的場(chǎng)合中，產(chǎn)生電磁信號(hào)的設(shè)備較多，包括超短波設(shè)備、音頻設(shè)備、電源等，因此抗干擾設(shè)計(jì)顯得尤為重要。主要采取了以下措施：

　?。?）為了進(jìn)一步提高CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，保證各節(jié)點(diǎn)之間在電氣上是完全隔離和獨(dú)立的，我們采用隔離CAN收發(fā)器CTM1050T，取代傳統(tǒng)的光耦與電源隔離模塊，提高性能的同時(shí)簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

　?。?）在CAN總線的兩端加有兩個(gè)120Ω的電阻，這兩個(gè)電阻對(duì)于總線阻抗的匹配起著相當(dāng)重要的作用。去掉它們會(huì)使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無(wú)法通信。

　?。?）CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pF的小電容，可慮除總線上的高頻干擾并且具有一定的防電磁輻射的能力。

　　2.軟件設(shè)計(jì)

　　對(duì)于一般的32位ARM嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，在運(yùn)行主程序前必須初始化運(yùn)行環(huán)境，即編寫(xiě)ARM控制器啟動(dòng)代碼。該啟動(dòng)代碼包括異常向量表、堆棧初始化、存儲(chǔ)系統(tǒng)初始化和目標(biāo)板初始化等，一般用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。

　　對(duì)于該設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵的是編寫(xiě)CAN驅(qū)動(dòng)程序。主程序只需通過(guò)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序提供的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。驅(qū)動(dòng)程序包括四部分內(nèi)容：CAN控制器的初始化、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)和總線異常處理。圖2為主程序流程圖。

　　圖2 主程序流程圖

　　2.1 CAN控制器的初始化

　　初始化CAN 控制器的操作包括：硬件使能、設(shè)置管腳連接、軟件復(fù)位、設(shè)置報(bào)警界限、設(shè)置總線波特率、設(shè)置中斷工作方式、設(shè)置驗(yàn)收濾波器工作方式、設(shè)置工作模式并啟動(dòng)CAN等。需要特別指出的是設(shè)置總線波特率是個(gè)難點(diǎn)，所有CAN節(jié)點(diǎn)的波特率都要相同才能正常工作，所以要正確配置VPBDIV和PLL寄存器。在設(shè)置各CAN寄存器之前必須進(jìn)行軟件復(fù)位，這是因?yàn)镃AN的某些寄存器必須在軟復(fù)位下讀寫(xiě)。

　　值得注意的是，LPC2294為所有的CAN 控制器提供了全局接收標(biāo)識(shí)符查詢功能。2KB的接收過(guò)濾用RAM可容納1024個(gè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符或者512個(gè)擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符或兩種類(lèi)型混合的標(biāo)識(shí)符。通過(guò)軟件處理，可在該RAM中設(shè)置存放1～5個(gè)標(biāo)識(shí)符表格，它能更容易的對(duì)任意復(fù)雜的ID進(jìn)行篩選過(guò)濾，滿足復(fù)雜的ID的接受過(guò)濾要求。大大減少了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度及運(yùn)行時(shí)的負(fù)擔(dān)。設(shè)置驗(yàn)收濾波器工作方式，必須首先創(chuàng)建LUT表格，指定每個(gè)表格的起始地址，并用實(shí)際的ID地址初始化該表格。最后設(shè)定驗(yàn)收濾波器模式寄存器。若該節(jié)點(diǎn)不主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，可選擇在總線不活動(dòng)時(shí)進(jìn)入睡眠模式。

　　2.2 數(shù)據(jù)發(fā)送

　　將待發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成符合CAN 協(xié)議的幀格式后，便可寫(xiě)入發(fā)送緩存區(qū)，并啟動(dòng)發(fā)送。在寫(xiě)發(fā)送緩存區(qū)前必須查詢其狀態(tài)。LPC2294中的CAN控制器為了提高大量數(shù)據(jù)發(fā)送的效率，每個(gè)CAN控制器都有三個(gè)獨(dú)立的發(fā)送緩沖區(qū)，它們的狀態(tài)可以通過(guò)查詢CANSR得知。只有當(dāng)其中有空閑的發(fā)送緩沖區(qū)時(shí)才可將數(shù)據(jù)寫(xiě)入。在發(fā)送大量數(shù)據(jù)數(shù)，這一步顯得尤為重要，否則發(fā)送可靠性將不能保證。啟動(dòng)發(fā)送成功后，只能通過(guò)查詢CANGSR的TCS位或配合發(fā)送成功中斷來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功。

　　2.3 數(shù)據(jù)接收

　　接收數(shù)據(jù)可采用查詢方式或中斷方式。在某一段時(shí)間內(nèi)，CAN總線并不總是在活動(dòng)，為了提高效率，可采用中斷方式。在初始化程序中必須使能接收中斷。在中斷服務(wù)子程序中，讀取CANICR，判斷是否有接收中斷標(biāo)志，有則讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。

　　2.4 異常情況處理

　　在總線發(fā)生嚴(yán)重故障的情況下，CAN節(jié)點(diǎn)有可能脫離總線，此時(shí)以下寄存器位被置位：CANSR的BS位、CANIR的BEI位和EI位（如果使能）和CANMOD的RM位。RM將許多CAN控制器功能復(fù)位和禁止。軟件下一步必須置零RM位。發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器將遞減計(jì)數(shù)總線釋放條件（11個(gè)連續(xù)的隱性位）的第128個(gè)事件。軟件可通過(guò)讀取Tx錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

　　一些不是很?chē)?yán)重的錯(cuò)誤一般不會(huì)引起總線錯(cuò)誤，即使不處理也不會(huì)產(chǎn)生什么致命錯(cuò)誤，為了提高中斷處理速度，可以根據(jù)實(shí)際情況裁減中斷服務(wù)程序。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　由于該方案體積小、功耗低、抗干擾性好，現(xiàn)已應(yīng)用于電磁環(huán)境復(fù)雜的某裝甲車(chē)通信設(shè)備中，滿足了該項(xiàng)目對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的要求。此外該設(shè)計(jì)作為CAN總線節(jié)點(diǎn)的一個(gè)模塊，能夠和儀器儀表等設(shè)備相結(jié)合，使其具有網(wǎng)絡(luò)通信的能力，有著廣闊的應(yīng)用前景。