一。本設(shè)計給出的CAN總線智能節(jié)點設(shè)計方案，它采用內(nèi)置多路CAN總線控制器的LPC2294作為主控制器，采用隔離CAN收發(fā)器CTM1050T作為收發(fā)器,使得該節(jié)點體積小、功耗低、抗干擾性好，因而特別適用于汽車、工業(yè)控制以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯維護總線中。
1.硬件設(shè)計
1.1 LPC2294的特點
LPC2294是PHILIPS公司推出的一款功能強大的超低功耗的具有ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器。內(nèi)部嵌入256 KB的高速Flash 存儲器和16KB靜態(tài)RAM。128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時鐘速率（60MHz）下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應(yīng)用可使用16 位Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。
由于LPC2294 的144 腳封裝、極低的功耗、兩個個32 位定時器、八通道10 位ADC、四路互連的CAN接口、PWM 通道（六路）以及多達九個外部中斷管腳使它們特別適用于汽車、工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯維護總線。
LPC2294 集成4路CAN 控制器。他們具有如下特性：
★ 單個總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率高達1Mb/s
★ 32 位寄存器和RAM訪問
★ 兼容CAN 2.0B, ISO 11898-1標(biāo)準
★ 全局驗收濾波器可以識別所有CAN 總線的11 位和29 位Rx 標(biāo)識符
★ 驗收濾波器為選擇的標(biāo)準標(biāo)識符提供了Full CAN-style 自動接收功能
1.2 隔離CAN收發(fā)器CTM1050T
CTM1050T是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，其主要功能是將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，并且具有（DC 2500V）隔離功能、ESD保護功能及TVS管防總線過壓功能。CTM1050T具有以下特性：
☆完全符合CAN 2.0和ISO 11898標(biāo)準的CAN收發(fā)器
☆具有隔離、ESD保護功能及TVS管防總線過壓功能；
☆速率最高達1Mbit/s；
☆隔離電壓：DC 2500V
☆電磁輻射EME極低，電磁抗干擾EMI性極高；
☆無需外加元件可直接使用。
1.3 CAN智能節(jié)點硬件電路設(shè)計
CAN智能節(jié)點硬件電路如圖1所示。
圖1基于LPC2294的CAN總線智能節(jié)點硬件電路
主控制器LPC2294的晶振頻率范圍為1～30MHz。本設(shè)計選晶振頻率為20MHz。內(nèi)部256KB的高速Flash存儲器用于代碼和數(shù)據(jù)的存儲。對于FLASH存儲器，可通過內(nèi)置的串行JTAG接口進行在系統(tǒng)編程（ISP In-System Programming），或進行在應(yīng)用編程（IAP In-Application Programming）。為了便于調(diào)試和系統(tǒng)升級，在設(shè)計中總可以預(yù)留這些接口電路。
LPC2294采用雙電源供電。CPU的供電電壓范圍為1.65～1.95V（1.8±0.15V）,I/O供電電壓范圍為3.0～3.6V(3.3±03V)。
隔離CAN總線收發(fā)器CTM1050T是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。在以往的設(shè)計方案中需要高速光耦（6N137）、DC/DC電源隔離模塊、CAN收發(fā)器等其他元件才能實現(xiàn)帶隔離的CAN收發(fā)電路，現(xiàn)在只需利用一片CTM1050T接口芯片就可以實現(xiàn)帶隔離的CAN收發(fā)電路，并且隔離電壓可以達到DC 2500V。
1.4硬件的抗干擾設(shè)計
在本設(shè)計所應(yīng)用的場合中，產(chǎn)生電磁信號的設(shè)備較多，包括超短波設(shè)備、音頻設(shè)備、電源等，因此抗干擾設(shè)計顯得尤為重要。主要采取了以下措施：
（1）為了進一步提高CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，保證各節(jié)點之間在電氣上是完全隔離和獨立的，我們采用隔離CAN收發(fā)器CTM1050T，取代傳統(tǒng)的光耦與電源隔離模塊，提高性能的同時簡化電路設(shè)計。
（2）在CAN總線的兩端加有兩個120Ω的電阻，這兩個電阻對于總線阻抗的匹配起著相當(dāng)重要的作用。去掉它們會使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信。
（3）CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30pF的小電容，可慮除總線上的高頻干擾并且具有一定的防電磁輻射的能力。
2.軟件設(shè)計
對于一般的32位ARM嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，在運行主程序前必須初始化運行環(huán)境，即編寫ARM控制器啟動代碼。該啟動代碼包括異常向量表、堆棧初始化、存儲系統(tǒng)初始化和目標(biāo)板初始化等，一般用匯編語言編寫。
對于該設(shè)計來說，關(guān)鍵的是編寫CAN驅(qū)動程序。主程序只需通過調(diào)用驅(qū)動程序提供的接口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。驅(qū)動程序包括四部分內(nèi)容：CAN控制器的初始化、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)和總線異常處理。圖2為主程序流程圖。
圖2 主程序流程圖
2.1 CAN控制器的初始化
初始化CAN 控制器的操作包括：硬件使能、設(shè)置管腳連接、軟件復(fù)位、設(shè)置報警界限、設(shè)置總線波特率、設(shè)置中斷工作方式、設(shè)置驗收濾波器工作方式、設(shè)置工作模式并啟動CAN等。需要特別指出的是設(shè)置總線波特率是個難點，所有CAN節(jié)點的波特率都要相同才能正常工作，所以要正確配置VPBDIV和PLL寄存器。在設(shè)置各CAN寄存器之前必須進行軟件復(fù)位，這是因為CAN的某些寄存器必須在軟復(fù)位下讀寫。
值得注意的是，LPC2294為所有的CAN 控制器提供了全局接收標(biāo)識符查詢功能。2KB的接收過濾用RAM可容納1024個標(biāo)準標(biāo)識符或者512個擴展標(biāo)識符或兩種類型混合的標(biāo)識符。通過軟件處理，可在該RAM中設(shè)置存放1～5個標(biāo)識符表格，它能更容易的對任意復(fù)雜的ID進行篩選過濾，滿足復(fù)雜的ID的接受過濾要求。大大減少了系統(tǒng)軟件設(shè)計復(fù)雜度及運行時的負擔(dān)。設(shè)置驗收濾波器工作方式，必須首先創(chuàng)建LUT表格，指定每個表格的起始地址，并用實際的ID地址初始化該表格。最后設(shè)定驗收濾波器模式寄存器。若該節(jié)點不主動發(fā)送數(shù)據(jù)，可選擇在總線不活動時進入睡眠模式。
2.2 數(shù)據(jù)發(fā)送
將待發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成符合CAN 協(xié)議的幀格式后，便可寫入發(fā)送緩存區(qū)，并啟動發(fā)送。在寫發(fā)送緩存區(qū)前必須查詢其狀態(tài)。LPC2294中的CAN控制器為了提高大量數(shù)據(jù)發(fā)送的效率，每個CAN控制器都有三個獨立的發(fā)送緩沖區(qū)，它們的狀態(tài)可以通過查詢CANSR得知。只有當(dāng)其中有空閑的發(fā)送緩沖區(qū)時才可將數(shù)據(jù)寫入。在發(fā)送大量數(shù)據(jù)數(shù)，這一步顯得尤為重要，否則發(fā)送可靠性將不能保證。啟動發(fā)送成功后，只能通過查詢CANGSR的TCS位或配合發(fā)送成功中斷來判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功。
2.3 數(shù)據(jù)接收
接收數(shù)據(jù)可采用查詢方式或中斷方式。在某一段時間內(nèi)，CAN總線并不總是在活動，為了提高效率，可采用中斷方式。在初始化程序中必須使能接收中斷。在中斷服務(wù)子程序中，讀取CANICR，判斷是否有接收中斷標(biāo)志，有則讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。
2.4 異常情況處理
在總線發(fā)生嚴重故障的情況下，CAN節(jié)點有可能脫離總線，此時以下寄存器位被置位：CANSR的BS位、CANIR的BEI位和EI位（如果使能）和CANMOD的RM位。RM將許多CAN控制器功能復(fù)位和禁止。軟件下一步必須置零RM位。發(fā)送錯誤計數(shù)器將遞減計數(shù)總線釋放條件（11個連續(xù)的隱性位）的第128個事件。軟件可通過讀取Tx錯誤計數(shù)器對計數(shù)器遞減計數(shù)的情況進行監(jiān)測。
一些不是很嚴重的錯誤一般不會引起總線錯誤，即使不處理也不會產(chǎn)生什么致命錯誤，為了提高中斷處理速度，可以根據(jù)實際情況裁減中斷服務(wù)程序。
3結(jié)束語
由于該方案體積小、功耗低、抗干擾性好，現(xiàn)已應(yīng)用于電磁環(huán)境復(fù)雜的某裝甲車通信設(shè)備中，滿足了該項目對CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的要求。此外該設(shè)計作為CAN總線節(jié)點的一個模塊，能夠和儀器儀表等設(shè)備相結(jié)合，使其具有網(wǎng)絡(luò)通信的能力，有著廣闊的應(yīng)用前景。
本文作者創(chuàng)新點：隔離CAN收發(fā)器CTM1050T的使用取代了在以往的設(shè)計方案中需要高速光耦（6N137）、DC/DC電源隔離模塊、CAN收發(fā)器等分立元件才能實現(xiàn)的帶隔離的CAN收發(fā)電路，現(xiàn)在只需利用一片CTM1050T接口芯片就可以實現(xiàn)帶隔離的CAN收發(fā)電路，并且隔離電壓可以達到DC 2500V。在簡化硬件電路開銷的同時提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。