CAN (Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是德國(guó)BOSCH 公司在20世界80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。CAN 總線卓越的特性、極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互聯(lián)，因此受到工業(yè)界的重視，其應(yīng)用范圍已經(jīng)遍及工業(yè)控制自動(dòng)化、汽車自動(dòng)化、機(jī)械工業(yè)、樓宇自動(dòng)化等非常廣泛的場(chǎng)合，成為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

1 CAN總線的特點(diǎn)

CAN (Controller Area Network)總線是一種多主站控制器局域網(wǎng)總線．CAN 總線與一般的通信總線相比，具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想，良好的功能特性，極高的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，突出的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。

其特點(diǎn)可主要有：⑴ 通信方式靈活，為多主方式工作。⑵ 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求。⑶ 只需通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù)，無(wú)需專門的“調(diào)度”。⑷ 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。⑸ CAN通信格式采用短幀格式，每幀字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)。⑹ 直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10 km(速率5 kb／s以下)；通信速率最高可達(dá)1 Mb／s(此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40 m)。⑺ 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路，可達(dá)110個(gè)，報(bào)文標(biāo)識(shí)符可達(dá)2032種(CAN2．0A)。而擴(kuò)展格式(CAN2．0B)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符幾乎不受限制。⑻ CAN 總線通信接口中集成了CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢查、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。⑼ CAN 的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。⑽ 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖。⑾ 通信節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)操作不受影響。

一個(gè)有效的數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、校驗(yàn)場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束組成。CAN2．OB協(xié)議規(guī)定的兩種不同的幀格式，即標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，它們的主要區(qū)別在于仲裁場(chǎng)格式不同，標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁場(chǎng)由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成。擴(kuò)展幀的仲裁場(chǎng)由29位標(biāo)識(shí)符和替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求SRR位、標(biāo)志位和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成。如圖1所示。

2 控制器的CAN模塊通信

圖1 CAN數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

DSP56F807芯片本身帶有的CAN 控制模塊MSCAN(Motorola Scalable Controller Area Network)是一個(gè)完全的CAN控制器，完全支持CAN2．OA／B協(xié)議。

MSCAN模塊主要由時(shí)鐘單元，發(fā)送緩沖區(qū)、接受緩沖區(qū)、接受過(guò)濾控制組成。CAN控制器必須通過(guò)CAN驅(qū)動(dòng)芯片才能與CAN 總線相連，DSP56F807芯片的EVM 板上內(nèi)置驅(qū)動(dòng)芯片PCA82C250。本文使用兩臺(tái)PC機(jī)和兩塊DSP56F807EVM板完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的MSCAN通信測(cè)試程序，一塊EVM板把AD采集來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線發(fā)送出去，另一塊EVM板完成數(shù)據(jù)的接收。圖2為硬件連接總體結(jié)構(gòu)圖。

2.1 初始化MSCAN

Processor Expert（簡(jiǎn)稱PE）是由捷克的UNIS公司開(kāi)發(fā)的針對(duì)Freescale單片機(jī)和DSP的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)包, 它集成在CodeWarrior7.0開(kāi)發(fā)軟件中。Processor Expert是在SDK的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它提供了各種類型的Bean。PE采用面向?qū)ο蟮挠脩艚涌冢脩敉ㄟ^(guò)Bean庫(kù)的選擇窗口來(lái)選擇并添加工程所需要的Bean，然后對(duì)這些Bean的屬性進(jìn)行設(shè)置、對(duì)方法和事件進(jìn)行代碼編輯。在設(shè)置好Bean以后，還要編寫主程序來(lái)組織這些Bean從而完成自己的工程。

在工程中加入Init_MSCAN Bean，打開(kāi)Bean屬性設(shè)置窗口，如圖3。在完成屬性設(shè)置后，PE會(huì)自動(dòng)生成CAN1_Init()函數(shù)，里面包含了MSCAN模塊控制寄存器的初始化設(shè)置。

void CAN1_Init(void)

{

setRegBit(CANCTL0, SFTRES);

．．．．．．

setReg16(CANBTR0, 9);

setReg16(CANBTR1, 35);

setReg16(CANCTL1, 128);

clrRegBit(CANCTL0, SFTRES);

setReg16(CANRIER, 0);

setReg16(CANTCR, 0);

setReg16(CANCTL0, 0);

}

2.2 MSCAN發(fā)送程序

MSCAN模塊具有三發(fā)送緩沖器結(jié)構(gòu)，這樣的發(fā)送結(jié)構(gòu)允許預(yù)先安排多個(gè)等待發(fā)送的信息，可獲得最優(yōu)化的實(shí)時(shí)性能。每個(gè)發(fā)送緩沖器帶有一個(gè)優(yōu)先級(jí)寄存器(TBPR)，用戶可以通過(guò)編程確定信息發(fā)送的順序。

CPU通過(guò)一組發(fā)送緩沖器空標(biāo)志位(TXE [2:0])，確認(rèn)有效的發(fā)送緩沖器，當(dāng)標(biāo)志位為1時(shí)，CPU將標(biāo)識(shí)符、控制位和數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲(chǔ)到發(fā)送緩沖器中，并將該標(biāo)志位清零。當(dāng)標(biāo)志位再次置為1時(shí)，說(shuō)明緩沖器成功地發(fā)送了信息，并產(chǎn)生發(fā)送中斷，重裝發(fā)送緩沖器。圖4為CAN總線發(fā)送程序流程圖。

2.3 MSCAN接受程序

MSCAN具有雙緩沖器的接收結(jié)構(gòu)，兩個(gè)緩沖器輪流映射到一個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域。后臺(tái)的接收緩沖器(RxBG)單獨(dú)地與MSCAN相聯(lián)系，而CPU只能訪問(wèn)前臺(tái)的接收緩沖器(RxFG)，這一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了軟件的處理過(guò)程。

當(dāng)MSCAN控制器接收信息時(shí)，先將要接收的信息的標(biāo)識(shí)符與接收緩沖器的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行比較，只有標(biāo)識(shí)符相同的信息才能被接收。MSCAN控制器的接收濾波器使得接收緩沖器可以忽略更多的位來(lái)接收信息，即如果只有被屏蔽的那幾位標(biāo)識(shí)符不相符，則接收緩沖器仍能接收此信息，此程序?yàn)闇y(cè)試程序，忽略了標(biāo)識(shí)符的過(guò)濾，只要有數(shù)據(jù)就接收。這里用了一個(gè)Printf 語(yǔ)句來(lái)顯示接收數(shù)據(jù)處理后的電壓值，用以和實(shí)際電壓值相比較。圖5為數(shù)據(jù)接收程序流程圖。

3 試驗(yàn)結(jié)果

在PC機(jī)上分別運(yùn)行發(fā)送和接收程序，通過(guò)不斷調(diào)節(jié)電位器，可以看到兩塊EVM板的測(cè)試等以同樣的順序點(diǎn)亮或熄滅。同時(shí)，在接收程序端，PC機(jī)顯示出隨電位器電壓變化而變化的電壓數(shù)據(jù)。CAN總線接收數(shù)據(jù)顯示如圖4。

4 結(jié)論

本文將CAN總線通信應(yīng)用在實(shí)際的步進(jìn)電機(jī)伺服控制系統(tǒng)中，上位機(jī)采用個(gè)人PC機(jī)，使用三純科技有限公司的總線通信卡SC2102，下位機(jī)采用Motorola公司的嵌入式控制器DSP56F807，采用CAN總線完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信任務(wù)，傳輸速率可高達(dá)1 Mb／s，可以達(dá)到系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)也能達(dá)到系統(tǒng)對(duì)于穩(wěn)定性的要求。