μC／OS-II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／OS-II操作系统和I-CAN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／OS-II；实时性；驱动程序

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1l位(CAN2．OA协议)和29位(CAN 2．OB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／OS-II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／OS-II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
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ARM7TDMI-S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5V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
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／OS-II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。
CAN控制器初始化程序(在应用层中实现，内部调用的函数也都是在该层中编写的)如下：

为了使程序更加简洁、可读性更强，可以通过宏定义的形式进行编写。例如：
#define CAN_MOD_RM()CANlMOD |=1
CANlMOD是CAN控制器的模式寄存器，最低位置1可使CAN控制器进入复位模式。这种模式下，可以对控制器的所有寄存器进行写操作。其他对CAN控制器内部寄存器的操作可以参照LPC2368的技术手册。