基于Can总线的嵌入式网络控制节点的设计与实现2011.8发表于制造业自动化北大核心期刊摘要:采用ARM芯片替代传统CAN总线节点的单片机单元已经是一种理想经济的设计选择，这样不仅提高了硬件的运算处理能力，还可以通过运行嵌入式操作系统增强模块的智能性和扩展性，进一步降低上层应用程序的开发难度。本文以AT91RM9200处理器为例，对基于ARM芯片的高性能CAN模块的具体设计过程进行了介绍，对硬件设计中的关键性问题和ARM-Linux系统下CAN控制器驱动程序的实现结构作了详细分析。本文给出的设计示例也为基于其它嵌入式设备的CAN模块开发提供了参考，有一定借鉴价值。关键词：AT91RM9200;CAN；SJA1000；设备驱动程序中图分类号：TP274+.2文献标识码：ADesignandImplementationofEmbeddedControlUnitBasedonCANBusAbstract:ApplyingARMprocessortoreplace8/16-bitMCUasthecentralprocessorofthecontrolunitbasedonCANbushasbeenaperfectandeconomicalchoicetoday.Bythismeans,thecapabilityofcontrolnodewasgreatlyimproved;especiallyformanycomplexcases,theworkloadofuserapplicationshasbeenobviouslysimplifiedbyrunningtheembeddedoperatingsystemonit.BasedonAT91RM9200withARM-Linuxoperatingsystem,thepaperintroducesthewholedesignprocessofoneembeddedcontrolunitbasedonCANbusindetail,analyzingthekeypointpresentinthehardwaredesignandthedevice-driverimplementationofCANcontroller.ThedesignpresentinthepapercanalsobeusedindesignofCANdevicesbasedonotherembeddedsystems.Keywords:AT91RM9200;CAN;SJA1000;DeviceDrivers0引言近年来，基于各种总线标准的网络化控制系统已经在工业控制领域内得到广泛应用。网络化控制系统采用了完全分散化的控制节点结构，将控制的权力很大部分交给了处于控制现场的智能节点，系统内各种交互信息通过现场总线传送。当前已实用化的总线标准有许多种，如WorldFIP、Profibus、LONWORKS、CAN等。其中，CAN(ControllerAreaNetwork)是Bosch公司在现代汽车应用技术中领先推出的一种串行通信网络。CAN主线采用多主站工作方式，根据优先权进行总线访问仲裁，能够检测出通信过程产生的任何错误。CAN总线还具有卓越的信号传输性能，当信号传输距离达到10km时，它仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。另外，CAN协议废除了站地址编码，而采用对通信数据块编码的方式，这样使得网络内的节点个数在理论上不受限制的。目前，CAN总线已经在许多行业得到了广泛的应用，尤其是工业控制领域，并常被认为是最有前途的现场总线之一。常用的CAN总线节点一般采用的是“单片机＋CAN控制器”的结构，这样由于运算能力的限制，这类节点的智能化程度较低，常是作为工控机节点的从节点。而近年来，以ARM为代表的嵌入式32位微处理器技术得到了飞速发展，无论是在功耗、便携性还是在硬件成本上，许多高性能的ARM芯片已经与单片机相差无几，因此在CAN节点设计中，使用ARM芯片取代传统的8/16位单片机已经是一个非常实用的选择。这样设计的CAN节点，不仅保留了低功耗、低成本和小体积的优点，而性能却得到了大幅提高，若辅以大容量的存储器，同时运行功能强大的嵌入式操作系统，它几乎已可以取代原先的工控机节点。本文则从软硬件两方面详细介绍了上述设计方案的具体实现过程.1节点的接口电路设计本文设计的CAN总线节点是某工业控制系统的一个子模块，同时综合考虑其它相关需求和功能扩展，因此选用了AT91RM9200处理器作为系统的核心处理单元。AT91RM9200[1]是ATMEL公司生产的一款高性能的ARM9处理器，它是一款通用工业级ARM芯片，主频为180MHz/200MIPS，已经在工业控制、智能仪器仪表等领域内得到了大量的成功应用。CAN控制器选用的是SJA1000[2]芯片，它是Philips公司生产的一款独立CAN总线控制器芯片，专用于移动目标和一般工业环境中控制器局域网络(CAN)。SJA1000本质上是早期的PCA82C200的升级产品，与后者在管脚、电气特性上完全兼容，而且除具有基本CAN工作模式(BasicCAN)外，还增加了一种新的增强工作模式(PeliCAN)，这种新模式支持具有许多新特性的CAN2.0B协...