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eCAN总线模块及应用 机电学院电子信息工程系曹旭东 现场总线技术和现场总线控制系统 传统的控制系统难于实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换 是一个 信息孤岛 要满足自动控制技术现代化的要求 实现整个企业的信息集成 实施综合自动化 就必须设计出一种能在工业现场环境中运行 性能可靠 造价低廉的通讯系统 形成工厂底层网络 完成现场自动化设备之间的多点数字通讯 实现底层现场设备之间以及生产现场与外界信息的交换 现场总线就是在这种需求下应运而生 现场总线控制系统 现场总线控制系统 FCS 既是一个开放的通讯网络 又是一种全分布控制系统 作为智能设备的联系纽带 把挂接在总线上 作为网络节点的智能设备连接为网络系统 并进一步构成自动化系统 实现基本控制 补偿计算 参数修改 报警 显示 监控 优化及控管一体化的综合自动化功能 现场总线其规模属于局域网 总线型结构 它简单但能满足现场的要求 信息桢短小 要求实时性高 可靠性高 典型的现场总线技术 随着嵌入式系统的高速发展 自1980年后十几年间 好几种现场总线技术走向成熟 基金会现场总线 FoundationFieldbus 以美国Fisher Rosemount公司为首 联合ABB 西门子等80家公司 一同致力开发的一种国际上统一的现场总线 LonWorks 美国Echelon 摩托罗拉 东芝等公司共同倡导 PROFIBUS 德国国家标准和欧洲标准的现场总线标准 HART HighwayAddressableRemoteTransducer 可寻址远程传感器高速通道的开放通讯协议 其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通讯 属于模拟系统向数字系统转变过程的过度产品 CAN总线 局域控制网 ControllerAreaNetwork 20世纪80年代 Bosch公司的工程人员开始探讨现有的串行总线系统运用于轿车的可能性 因为还没有一个网络协议能完全满足汽车工程的要求 1983年 Kiencke开始设计新的串行总线系统 来自Mercedes Benz的工程人员介入新总线系统规范的制定 德国Dr Wolfhard给这个新网络起名为 ControllerAreaNetwork 今天 几乎每一辆在欧洲生产的轿车都至少装配有一个CAN网络系统 CAN应用在从火车到轮船等其他类型的运输工具上 以及工业控制方面 CAN总线的特点 由于CAN总线本身的特点 其应用范围目前已经不局限于汽车行业 而扩展到机械工业 纺织机械 农业 机器人 数控机床及传感器等领域 其通讯的突出特点为 可靠性 灵活性 实时性 具体可以概括如下 CAN为多主方式工作 网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息 而不分主从 在报文标志符上 CAN的节点分成不同的优先级 可满足不同的实时要求 CAN采用非破坏性总线总裁技术 CAN节点只需通过对报文的标志符滤波即可实现点对点 一点对多点及全局广播等几种方式传输接收数据 CAN的直接传输距离10Km 速率在5Kbps下 通讯最高速率为1Mbps 此时通信的最长距离为40m CAN的节点数主要取决于总线驱动电路 目前可达到110个CAN的每帧信息都有CRC校验及其他校验措施 具有极好的检错效果 CAN的通信介质为双绞线 同轴电缆或光纤CAN节点在严重错误时具有自动关闭输出功能 以便总线上其他节点的操作不受影响 Vcan h和Vcan l为CAN总线收发器与总线之间的两接口引脚 信号是以两线之间的 差分 电压形式出现 CAN总线数据传输格式 CAN总线通信技术的实现 CAN就是总线型结构的一种适合工业现场自动控制的计算机局域网络 CAN总线通讯技术是通过CAN总线控制器在硬件上实现的 CAN总线控制器是一块可编程的逻辑电路 片上集成CAN总线数据传输协议 通过硬件实现CAN总线编码和解码的功能 方便CAN总线技术在实际开发中的应用 CAN总线控制器提供与微处理器的物理线路接口 通过对它的编程 CPU可以设置它的工作方式 控制它的工作状态 进行数据的发送和接收 CAN总线控制器分为两种类型 一种是独立的 片内集成对CAN总线的编解码协议 它可以与多种类型的单片机 微处理器的标准总线进行接口连接 另一种是将CAN总线控制器与微处理器作在一起 简化了电路设计 芯片SJA1000 SJA1000是一种独立的CAN控制器 用于一般工业环境中区域网络控制 支持CAN2 0A和CAN2 0B通讯协议 24MMz时钟频率 可与不同微处理器接口 F2812的ECAN总线模块 CAN总线协议内核主要完成的功能 根据CAN协议对CAN总线上接收到的消息进行解码 向接收缓冲发送解码后的消息 根据CAN协议在CAN总线上传送消息 存储器映射 F2812处理器中 eCAN模块映射到两个不同的地址段 两段空间各占512字节 第一段地址空间分配给控制寄存器 状态寄存器 局部接收屏蔽 接受滤波器 定时邮递和消息对象超时 6000 60FF 第二段地址空间映射到32个邮箱 6100 61FF 消息存储在RAM中 CAN控制器和CPU都可以对它进行访问 eCAN提供32个邮箱 每个邮箱包括8字节数据区 29位标志符和几个控制位 每个邮箱都可以配置为接收或发送邮箱 消息邮箱 eCAN模块有32个不同的消息邮箱 每个消息对象可以配置成发送或接收邮箱 每个消息目标都有自己的接收滤波器 消息邮箱用来存储接收到的CAN消息 或存放等待发送的CAN消息 消息邮箱映射到DSP的RAM存储器 当消息邮箱没有存放消息时 CPU可以将相应的RAM空间当做通用存储器使用 邮箱构成 每个邮箱都是由四个32位寄存器构成 MSGID 存储消息ID MSGCTRL 定义字节数 发送极性和远程帧 MDL 4字节数据 MDH 4字节数据 消息标志寄存器MSGID 消息控制寄存器MSGCTRL TPL4 0 发送优先级 RTR 远程发送请求位 DLC3 0 发送或接收数据的字节数 关于远程帧 报文 Messeges 传输有如下4个不同类型的帧 1 数据帧 DataFrame 数据帧将数据从发送器传输到接收器 2 远程帧 RemoteFrame 总线单元发出远程帧 请求发送具有同一标志符的数据帧 3 错误帧 ErrorFrame 任何单元检测到总线错误就发出错误帧 4 过载帧 OverloadFrame 过载帧用在相邻数据帧或远程帧之间提供附加的延时 数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧2种格式 简介eCAN模块的控制状态寄存器 邮箱使能寄存器 CANME MailboxEnableRegister邮箱方向寄存器 CANMD MailboxDirectionRegister发送请求置位寄存器 CANTRS TransmissionRequestSetRegister发送请求复位寄存器 CANTRR TransmissionRequestResetRegister发送响应寄存器 CANTA TransmissionAcknowledgeRegister 邮箱使能寄存器 CANME MailboxEnableRegister 31 0 邮箱控制使能位 CAN模块中相应的邮箱被使能 在写标志符之前 必须将所有邮箱屏蔽 0相关邮箱被屏蔽 邮箱映射为一般存储空间使用 邮箱邮箱方向寄存器 CANDE 31 0 邮箱方向寄存器 配置为接收邮箱0配置为发送邮箱 邮箱发送请求设置寄存器CANTRS 31 0 发送请求设置位 TRS置位发送邮箱中的消息 所有循环发送的消息的TRS位可以同时置位 0没有操作 注意 当多个发送请求同时置位时 消息可以轮流发送 首先发送优先级别高的邮箱 邮箱编号最大的具有最高优先权 也可以设置TPL设定邮箱的优先级别 邮箱发送请求复位寄存器CANTRR 31 0 发送请求复位位 TRR置位取消发送请求0没有操作 注意 通过CPU写入1 将CANTRR寄存器中的位置1 如果通过TRS已经初始化相应位 但当前没有进行消息处理 并且相应的TRR位置位 则消息会取消传送 如果发送成功或消息发送放弃 则该寄存器的相应位将复位 邮箱发送响应寄存器CANTA 31 0 发送响应位 如果邮箱中的消息成功发送 则响应寄存器位置位 0消息没被发出 注意 如果CANMIM寄存器中相应的中断屏蔽位被置位 则GMIF0 GMIF1会被置位 表示有中断产生 如果已经产生中断 向CANTA寄存器写1 可以清除中断 邮箱发送响应失败寄存器CANAA 31 0 发送请求复位位 邮箱消息发送失败 相应位置位0消息发送成功 接收消息挂起寄存器CANRMP 31 0 发送响应位 如果邮箱中包含接收到的消息 则寄存器相应位置位 0消息内没有消息 注意 如果接收到的消息存储到邮箱n中 则RMP n 将被置位 如果在CANMIM寄存器中的相应的中断屏蔽位被置位 则CANRMP寄存器相应的位会对GMIF0 GMIF1置位 表示中断产生 主控寄存器 CANMC MasterControlRegister CANMC 13 SCB 标准CAN模式兼容控制位 1选择ECAN模式0ECAN工作在标准模式 只有16个邮箱使用CANMC 12 CCR 改变配置请求 1CPU请求向标准模式配置寄存器CANBTC和接受屏蔽寄存器CANGAM 写配置信息 CANMC 10 DBO 数据字节顺序 选择消息数据区字节的排列次序1首先接收或发送数据的最低有效位0首先接收或发送数据的最高有效位 位时序配置寄存器CANBCRBit TimingConfigurationRegister错误和状态寄存器CANESErrorandStatusRegisterEcanI O控制寄存器 CANTIOC CANRIOC CANTIOC 3 TXFUNC CANRIOC 3 TRFUNC 中断寄存器InterruptRegisters 全局中断标志寄存器 CANGIF0 CANGIF1 GlobalInterruptFlagRegisters全局中断屏蔽寄存器 CANGIM GlobalInterruptMaskRegister邮箱中断屏蔽寄存器 CANMIM MailboxInterruptMaskRegister邮箱中断级别寄存器 CANMIL MailboxInterruptLevelRegister 程序设计 EALLOW 系统时钟初始化 SysCtrlRegs HISPCP all 0 x0001 SysCtrlRegs LOSPCP all 0 x0002 使能外设ECAN模块时钟 SysCtrlRegs PCLKCR bit ECANENCLK 1 EDIS 配置使能CANTA和CANRX引脚 EALLOW ECanaShadow CANTIOC all ECanaRegs CANTIOC all ECanaShadow CANTIOC bit TXFUNC 1 ECanaRegs CANTIOC all ECanaShadow CANRIOC all ECanaShadow CANRIOC all ECanaRegs CANRIOC all ECanaShadow CANRIOC bit RXFUNC 1 ECanaRegs CANRIOC all ECanaShadow CANRIOC all EDIS 注意 CANTX和CANRX引脚作为CAN的通讯接口引脚 需要通过CANTIOC和CANRIOC来设置 如果上述引脚作为通用I O口使用 GPFMUX寄存器的相关控制脚需清零ECANTXIO控制寄存器含义 3脚作为CAN模块的功能使用 必须置1ECANRXIO控制寄存器含义 3脚作为CAN模块的功能使用 必须置1 EALLOW GpioMuxRegs GPFMUX bit XF GPIOF14 0 GpioMuxRegs GPFDIR bit GPIOF14 1 GpioMuxRegs GPFMUX bit CANRXA GPIOF7 1 GpioMuxRegs GPFMUX bit CANTXA GPIOF6 1 EDIS CANBTC寄存器配置 EALLOW ECanaShadow CANMC all ECanaRegs CANMC all ECanaShadow CANMC bit CCR 1 主控寄存器ECanaRegs CANMC all ECanaShadow CANMC all EDIS do ECanaShadow CANES all ECanaRegs CANES all while ECanaShadow CANES bit CCE 1 注意 CUP请求向标准模式的CANBTC写入信息 须将CCR位置1 且CPU必须等到CANES寄存器的CCE标志为1后 才能对CANBTC寄存器进行写入操作 CCR 0 CPU请求正常操作 只有在配置寄存器CANBTC设置为允许值后才能实现该操作 CANBTC寄存器配置 EALLOW BRPREG 1 10feedsa15MHzCANclock ECanaShadow CANBTC bit BRP 9 150 10 15 ECanaShadow CANBTC bit TSEG2 5 ECanaShadow CANBTC bit TSEG1 7 ECanaRegs CANBTC all ECanaShadow CANBTC all ECanaShadow CANMC all ECanaRegs CANMC all ECanaShadow CANMC bit CCR 0 ECanaRegs CANMC all ECanaShadow CANMC all EDIS CAN通讯波特率的计算及设置 波特率 SYSCLK BRP Bit time其中 SYSCLK是CAN模块的系统时钟 与CPU时钟相同 BRP是BRPreg 1的二进制数值 Bit Time TSEG1reg 1 TSEG1reg 1 1 BRP不同值的波特率 TSEG1reg 10 TSEG2reg 2 设置主控制寄存器 EALLOW ECanaShadow CANMC all ECanaRegs CANMC all ECanaShadow CANMC bit STM 0 自测试模式使能位 1自测试模式0模块正常工作模式ECanaShadow CANMC bit SCM 1 CAN模式选择 1选择ECAN模式0标准模式ECanaRegs CANMC all ECanaShadow CANMC all EDIS 初试化MSG