引言

由于CAN總線具有通訊速率高、可靠性高、連接方便和性能價(jià)格比高等諸多特點(diǎn)，CAN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)床或電梯控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。

CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短、受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點(diǎn)極其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力和檢錯(cuò)能力。CAN控制器支持四種不同的CAN協(xié)議類型：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀和超載幀。

CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。

CAN總線信號(hào)傳輸介質(zhì)使用特性阻抗為120歐姆的雙絞線，信號(hào)傳輸方式和RS485一樣，也采用差動(dòng)發(fā)送和差動(dòng)接收的方式。理論上使用CAN2.0A總線的節(jié)點(diǎn)可達(dá)到2032個(gè)，CAN2.0B則可以達(dá)到5億多個(gè)。使用PCA82C250作為CAN總線的收發(fā)器時(shí)，CAN直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)到10km(傳輸率為5kbps)，通訊速率最高可達(dá)1Mbps(傳輸距離為40m)；由于收發(fā)器的限制，CAN總線上節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際上最多可達(dá)110個(gè)。對于節(jié)點(diǎn)超過110個(gè)的CAN網(wǎng)絡(luò)，可以使用CAN網(wǎng)關(guān)對CAN總線進(jìn)行擴(kuò)展，以達(dá)到用戶的要求。

網(wǎng)關(guān)可以采用特定的控制邏輯去控制一對背-背相接的收發(fā)器PCA82C250，連接兩個(gè)物理上完全獨(dú)立的CAN網(wǎng)，雙向傳輸數(shù)據(jù)，從物理層上來看，它實(shí)現(xiàn)了CAN總線信號(hào)的中繼，也可以采用P8XC591 SJA1000的結(jié)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)。下面將著重介紹后者的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)。

P8XC591片上自帶CAN的微控制器

P8XC591是一個(gè)高性能的微控制器，它的硬件接構(gòu)及增強(qiáng)型的飛利浦“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)用提供了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)展特性，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FIFO特性等。P83C591ROM或P87C591OTP的方框圖略(詳見《電子設(shè)計(jì)應(yīng)用》2003.3)。

P8XC591除了標(biāo)準(zhǔn)的外圍功能以外，還有一個(gè)強(qiáng)大的CAN控制器模塊。該嵌入式CAN控制器還包括了下列功能模塊：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5個(gè)實(shí)現(xiàn)CPU與CAN控制器連接的特殊功能寄存器，對重要CAN寄存器的訪問通過快速自動(dòng)增加的尋址特性和對特殊功能寄存器的位尋址來實(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CPU啟動(dòng)發(fā)送信息，字節(jié)就從發(fā)送緩沖區(qū)傳輸?shù)紺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，通過該可編程濾波器，P8XC591確定實(shí)際收到的信息，所有由接收濾波器接收的數(shù)據(jù)都保存在接收FIFO(64字節(jié))中，由于操作模式和數(shù)據(jù)長度的不同，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，P8XC591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；支持更高層的協(xié)議的接收濾波器；接收FIFO特性；只聽模式及自檢測模式；只有達(dá)到FIFO接收中斷級(jí)才產(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；系統(tǒng)