基于CAN总线的老化测试系统的设计方案

　　1.2 软件设计

　　1.2.1 串行通信程序设计

　　通信模块一方面通过串行通信接收上位机的命令，主要命令有启动、停止和参数设置命令。用户通过参数设置命令为系统设置不同参数，可以保证老化的正确进行。另一方面通过串行通信向上位机发送检测到的数据。为简化设计，通信模块和上位机的串行通信采用固定长度的信息帧格式，一帧信息包括帧头、有效数据或命令、 CRC16校验位等。通信模块接收上位机信息通过中断方式实现。在中断服务程序中，每接收到一个帧头后，开始接收后面若干字节的信息，经 CRC16校验有效后，就认为是一个有效的信息帧，按照约定的串行通信协议解析该信息帧，取出其中的有效命令。通信模块每收到一个有效命令帧，向上位机发送一帧应答信息。为保证通信正确，上位机软件对通信采用超时机制。

　　由于通信模块接收命令和处理命令速度的不同步，为保证上位机发来的每条命令得到执行，需要将有效命令放入到命令缓存队列的队尾。该命令缓存队列采用环形结构，接收的有效命令被放到队尾，而主程序从命令缓存队列的头部取出一条命令，进行后期处理。为方便从命令缓存队列存放或存取一条命令，在实现命令缓存队列时，采用了二维数组结构，即数组的每一个元素为一条固定长度的有效命令。通过选取适当的队列长度，可以保证在正常工作中，保证命令缓存队列不会产生溢出。本设计中，命令缓存队列的数据结构如下：

unsigned char s_queue[QUEUE_LEN][CMD_PACK_LEN];
unsigned char s_front;
unsigned char s_rear;}

　　通信模块向上位机发送检测数据时，按照约定的串行通信协议把一组完整的检测数据组装成一个信息帧发送。为简化设计，该信息帧的发送不采用中断方式，而是采用查询方式完成。为减少 C8051F040的等待时间，结合 C8051F040的时钟频率，串行通信采用了的波特率为 57600bps。经过在现场测试，在此波特率下进行串口通信，没有引起通信的错误。

　　1.2.2 CAN通信程序设计

　　通信模块与 10个检测模块及 1个温控模块通过 CAN总线连接。理论上，在 CAN总线上，任意一个检测模块都可以向通信模块发送检测到的数据，通信控制板模块可以同时向 10个检测模块发送命令。 CAN总线上的发送的数据帧带有 ID字段，ID字段的值决定每个数据帧的优先级，数据帧的 ID值越小，该数据帧的优先级越高。同一时间，在 CAN总线上，不同的节点，不能发送相同 ID值的数据帧。否则会造成通信错误。在本设计中，分配每个检测模块 1个固定的 ID值，可以看作该设备的地址编号。这样不同的设备发出的数据帧具有不同的优先级。这样导致一个问题：如果任由每个检测模块主动向通信模块发送数据帧，会造成 ID值较大的数据帧因优先级低，而不能发出。另外，每个检测模块的设计也采用了 C8051F040的作为控制核心，一方面完成信号检测，另一方面完成与通信模块的 CAN通信。

　　在 C8051F040的 CAN控制器内部有 32个缓冲区，每个缓冲区为 8字节，每个缓冲区需要指定一个固定的 ID值。每个缓冲区可以被设置为发送缓冲区或接收缓冲区。当某个缓冲区被设置为发送缓冲区时，该数据帧在底层带有 ID值。当该缓冲区被设置为接收缓冲区时，则仅接收 CAN总线上具有相同 ID值的数据帧。

　　在设计中，通信模块的 CAN控制器的 32个缓冲区与 ID值分配如下：第 1至第 10缓冲区为发送缓冲区，对应的 ID值 21至 30。第 1缓冲区用于向第 1个检测模块发送数据帧，依次类推，第 10缓冲区用于向第 10个检测模块发送数据帧。第 11缓冲区为发送缓冲区，对应 ID值为 31，用于向温控模块发送数据帧。第 20缓冲区至第 30缓冲区为接收缓冲区，对应 ID值 50至 60。与此对应，则 10个检测模块的 CAN控制器的 32个缓冲区内的第 1缓冲区均为接收缓冲区，分别对应的 ID值是 21至 30。第 2缓冲区至第 11缓冲区均为发送缓冲区，对应的 ID值 50至 60。即 10个检测模块发送的 CAN数据帧具有相同的 ID值。采用上述分配的原因在于：每个检测模块同时检测 10个被测电路板，每次有 10个数据帧要同时向通信模块发送。前提条件，10个检测模块不能同时向通信模块发送数据。

　　通信控制板和检测模块之间通信采用主从应答通信方式。在工作过程中，通信模块从串口命令缓冲队列的队首取出一条命令，进行协议转换，组装成 8字节的 CAN信息帧。其中最后 1个字节值设为前 7个字节的 CRC8校验值，虽然 CAN总线本身具有 CRC校验，在应用层再次进行校验，可以提高通信的可靠性。

　　通信模块将该 CAN信息帧通过 CAN内部第 1缓冲区发送，这样 CAN总线上的第 1个检测模块收到该信息帧，该检测模块校验信息帧，如果通过校验，进一步解析该信息帧。如果是参数设置命令，则检测设备提取其中的参数，然后向通信模块发送 1个信息帧作为响应。如果是读数据命令，则将 10个被测电路板的参数组装成 10个 CAN数据帧，分别通过检测设备的 CAN缓冲区的第 2至第 11缓冲区向外发送，该 10个数据帧，仅被总线上的通信模块接收，分别放在第 20至第 30缓冲区。通信模块将这些信息通过串口向上位机发送。按照同样的方式，通信模块与其它 9个检测模块及 1个温控模块完成 CAN通信，实现了命令的设置与测试信息的获取。