基于ARM Cortex3的低功耗无源USB-CAN透明传输的实

4.1.2 关于CAN控制器的配置程序设计

根据CAN2.0协议，CAN总线报文的发送和接收需要进行一系列配置，图2为CAN报文发送接受配置流程图。

4.2 USB通信相关

4.2.1 LM3S5956微处理器的USB控制器

LM3S5956微处理器的USB控制器支持USB Host/Device/OTG功能，可运行在全速和低速模式。它符合USB2.0标准，包含挂起和唤醒信号。它包含32个端点，其中包含2个用于控制传输的专用连接端点(一个用于输入，一个用于输出)，其他30个端点带有可软件动态定义大小的FIFO并以支持多包队列。FIFO支持DMA，可有效降低系统资源的占用。USB Device启动方式灵活，可软件控制是否在启动时连接。USB控制器遵从OTG标准的会话请求协议(SRP)和主机协商协议(HNP)。

LM3S5956微处理器的芯片供应商TI公司提供了一套完整的USB开发解决方案(USBLIB)，极大地缩短了用户的开发周期，本项目将采用USBLIB中的USB虚拟串口方式进行数据传输，这样，上位机驱动包的支持下，可以通过串口调试工具直接对USB的数据进行读写。在USB虚拟串口的方案中，USB通信模块主要分为USB驱动、USB虚拟串口应用层、用户应用层三部分。

根据USB协议，本项目中的USB通信模块属于从USB设备，USB驱动的设计主要包括以下函数的定义：返回从站地址函数、配置从站地址函数、USB控制器连接函数、USB控制器关闭函数、端点配置函数、数据应答函数、端点停止函数、端点启动函数、端点状态清除函数、端点数据获取函数、端点数据赋予函数、端点传输启动函数、端点状态返回函数。

USB虚拟串口应用层介于用户应用层和USB驱动层之间，是目前最流行的USB应用层协议之一，其最大的特点就是可以模拟串口的数据传输方式，还可以保证实时性和准确性。适合传输较为简短的数据。而CAN报文的数据域最长只有8个字节，所以USB虚拟串口协议非常适合转发CAN报文数据。虚拟串口协议主要包括以下函数的定义：虚拟串口初始化函数、虚拟串口数据包读取函数、虚拟串口数据包写入函数。

用户应用层主要包括USB枚举常量的定义、虚拟串口设备定义、发送和接收缓冲区定义、虚拟串口通信参数设置函数、虚拟串口通信参数获取函数、设备控制中断函数、数据接收中断函数、数据发送中断函数。

4.2.2 程序逻辑

在USB虚拟串口设备的软件结构中，TI提供的USBlib库已经实现了大部分工作，只需要实现三个和USB设备相关的回调函数就可以了。这三个函数分别为：

USBControlHandler：处理和控制端口相关的事件

USBRxHandler：处理和接收端口相关的事件

USBTxHanler：处理和发送端口相关的事件

在控制端口处理函数中，主要处理设备连接、设备断开、挂起中断、唤醒中断等事件。

4.3 主程序设计

为保证数据透传的实时性，双向数据包均采用中断的方式进行转发，即在CAN接受中断发生之后，立即将数据包转发至USB发送缓冲区;在USB接收中断发生以后，立即将数据包转发至CAN发送缓冲区，保证了数据的实时性和完全透明传输。如图3为CAN中断服务函数。

4.4 开发平台与功能测试

本项目的软件交叉编译平台为WINDOWS XP平台下的MDK4.0编译器，下载仿真器为JLINK V8。

按照图4所示方式进行连线，在上位PC机安装USB虚拟串口支持包之后，打开串口调试助手，进行相关串口参数配置之后，就可以很方便地进行数据的双向收发测试。

5 功能拓展与前瞻

从OSI网络模型的角度来看，现场总线网络一般只实现了第1层(物理层)、第2层(数据链路层)、第7层(应用层)。因为现场总线通常只包括一个网段，因此不需要第3层(传输层)和第4层(网络层)，也不需要第5层(会话层)，第6层(描述层)的作用。

CAN2.0协议只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，需要一个高层协议来定义CAN报文中的11/29位标识符、8字节数据的使用。而且，基于CAN总线的工业自动化应用中，越来越需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。其中应用层可以为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。

本项目中的USB—CAN透明传输卡只实现了对于CAN总线协议的物理层和数据链路层，为了实现更高层次的应用，可以考虑将流行欧洲的CAN总线应用层协议CANopen与USB—CAN透明传输协议软件模块进行整合，开发一个以PC作为上位机的CANopen主站，或者以USB设备为下位机的一个CANopen从站，如果能够实现，将会极大地丰富本项目在工业场合的应用。