μC/OSII的CAN驱动程序设计

摘要: 实时性是衡量CAN现场总线系统性能的一个重要标准。本文提出一种采用μC/OSII操作系统和ICAN协议，在应用层面上提高CAN总线系统实时性的驱动程序设计方案，并以分层的方式逐层阐述CAN驱动程序的设计过程。

关键词: CAN总线； μC/OSII； 实时性； 驱动程序

CAN Driver Design Based on μC/OSII※
Cheng Jin，Shi Guoliang
(College of Electronic and Information,Soochow University,Suzhou 215006,China)
Abstract： Realtime performance is an important measuring standard for the performance of CAN field bus system. A CAN driver design is proposed to improve the realtime performance of CAN bus system at the application level by using μC/OSII and ICAN protocol. The design process of CAN driver is introduced by a layered approach.
Key words: CAN bus; μC/OSII; realtime performance; driver

引言

　　CAN总线是德国Bosch公司于1983年针对汽车应用而开发的，一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，属于现场总线的范畴。其通信距离与波特率有关，最大通信距离可达10 km，最大通信波特率可达1 Mbps。CAN总线仲裁采用11位（CAN2.0A协议）和29位（CAN2.0B协议）标志，以及非破坏性仲裁总线结构机制，可以确定数据块的优先级，保证在网络节点冲突时最高优先级节点不需要冲突等待。CAN总线上的任何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次，从而实现各节点之间的自由通信。目前，CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，已广泛应用于汽车、工业、高速网络和低价位多路连线等领域中。

　　μC/OSII是Jean J.Labrosse开发的一种小型嵌入式操作系统。它实质上是基于优先级的可剥夺型内核，系统中的所有任务都有一个唯一的优先级别，适合应用于实时性要求较强的场合。本文采用μC/OSII来设计CAN的驱动程序，以满足系统的实时要求。

1 CAN节点的硬件设计

图1 CAN节点基本结构

　　CAN节点是分布在CAN网络中进行相互通信的基本单元，主要由主控制器、CAN控制器和CAN收发器组成。本设计中，节点的基本结构如图1所示。在CAN网络中，ECU(Electronic Control Unit)是指一个具有完整功能的CAN节点。

　　采用NXP公司的LPC2368作为CAN节点的主控制器。LPC2368是一款基于ARM7TDMIS内核的RISC处理器，包含2个兼容CAN2.0B规范的CAN控制器。每个CAN控制器拥有双重接收缓冲器和三态发送缓冲器，具有快速的硬件实现的搜索算法，可以支持大量的CAN标识符。

　　LPC2368是一款3.3 V器件，虽然其对应的CAN收发器接口引脚能够承受5 V电压，但为了让CAN节点能够更稳定地运行，这里采用TI公司的3.3 V CAN收发器SN65HVD230D与之配合使用。凭借高输入阻抗特性，SN65HVD230D可以在一条总线上支持多达120个CAN节点，并且能够和5 V的CAN收发器良好地兼容。本文重点介绍CAN驱动程序的设计方法。

2 CAN驱动程序设计总体思想

图2 驱动程序分层结构

　　为了使软件可移植性强、易于维护，采用分层的方法编写CAN驱动程序。驱动程序分层结构如图2所示。图中，双向箭头表示实时操作系统μC/OSII与CAN驱动程序之间的数据交换，单向箭头表示上层软件对下层软件的调用。

3 CAN设备控制层和CAN接口控制层

　　CAN设备控制层的主要任务是：初始化主控制器与CAN控制器之间的连接配置，复位CAN控制器，建立主控制器和CAN控制器之间的通信函数。由于LPC2368内部集成了CAN控制器，CPU可以通过内部APB总线接口对CAN控制器的所有寄存器进行访问，所以不再需要编写设备控制驱动层程序，已经完全由硬件实现了。

　　CAN接口控制层主要任务是：实现CAN控制器的各种功能，如设置控制模式、发送数据、释放接收缓冲区、配置验收滤波器等。这些操作都是通过读写CAN控制器的内部相关寄存器来实现的。