基于ARM的CAN总线智能节点的设计

2 软件设计

软件调试环境采用ARM公司的ARM核处理器集成开发工具ADSv1.2。ADSv1.2集成了汇编、C、C++编译器和调试器，编译效率高，提供了功能强大的系统库，支持软件调式、JTAG仿真调试及硬件调试。本设计采用的是JTAG仿真调试。

对于一般的32位ARM应用系统，在运行主程序前必须初始化运行环境，即为ARM芯片编写启动代码。该启动代码包括异常向量表、堆栈初始化、存储系统初始化和目标板初始化等，一般用汇编语言编写。对于该设计来说，关键的是编写CAN驱动程序。主程序只需通过调用驱动程序提供的接口来实现数据的接收和发送，驱动程序包括四部分内容：CAN控制器的初始化、接收数据、发送数据和总线异常处理。图2为主程序流程图。

2.1 CAN控制器初始化

初始化CAN控制器的操作包括：硬件使能、软件复位、设备报警界限、设备总线波特率、设备中断工作方式、设备验收滤波器工作方式、设备工作模式并启动CAN等。初始化程序如下：

HwEnCAN(CanEum); //硬件使能，CanNum=0～3,指四路CAN控制器

SoftRstCAN(CanNum); //软件复位寄存器

CANEWL(CanNum).Bits.EWL_BIT=USE_EWL_LAN[CanNum]; //设置错误警告界限

CANBTR(CanNum).Word=USE_BTR_CAN[CanNum]; //初始化波特率

VICDefVectAddr=(UINT32)CANIntPrg; //初始化中断为非向量中断

VICIntEnable 1=(1<<19)|(1<<(20+CanNum))|(1<<26+CanNum));

CANIER(CanNum).Word=USE_INT_CAL[CanNum];

CANAFMR.Bits.Accbp_bit=1; //配置验收滤波器（旁路状态，即屏蔽验收滤波器）

CANMOD(CanNum).Bits.TPM_BIT=USE_TPM_CAN[CanNum]; //初始化工作模式

CANMOD(CanNum).Bits.LOM_BIT=USE_MOD_CAN[CanNum];

SoftEnCAN(CanNum); //启动CAN

LPC2294片内外设与引脚的连接由引脚连接模块控制。CAN控制器的硬件使能就是通过软件设备GPIO寄存器来控制多路开关的，将特定的引脚与CAN控制器连接起来。在设备各CAN寄存器之前必须进行软件复位，这是因为CAN的某些寄存器必须在软复位状态下读写。

值得注意的是，LPC2294为所有的CAN控制器提供了全局接收标识符查询功能。2KRAM可容纳1024个标准标识符或者512个扩展标识符或两种类型混合的标识符。通过软件处理，可在该RAM中设置存放1～5个标识符表格。与独立CAN控制器SJA1000相比，它能更容易地任意复杂的ID进行筛选过滤，满足复杂的ID的接收过滤要求。这无疑大大减少了系统软件设计复杂度及运行时的负担。设置验收滤波器工作方式，必须首选创建LUT表格，指定每个表格的起始地址，并用实际的ID地址初始化该表格。最后设定验收过滤器模式寄存器。若该节点不主动发送数据，可选择在总线不活动时进入睡眠模式。

2.2 数据发送

将待发送的数据打包成符合CAN协议的帧格式后，便可写入发送缓站区，并自动发送。图3为发送子程序流程图。

在写发送缓冲区前必须查询其状态。LPC2294中的每个CAN控制器有三个发送缓冲区，它们的状态可通过查询CANSR得知。只有当其中有空间的发送缓冲区即才将数据写入。在发送大量数据时，这一步显得尤其重要，否则发送可靠性将不能保证。启动发送成功后，只能通过查询CANGSR的TCS位或配置发送成功中断来判断数据是否发送成功。

2.3 数据接收

接收数据可采用查询方式或中断方式。在某一段时间内，CAN总线并不是总是在活动，为了提高效率，可采用中断方式。在初始化程序中必须使能接收中断。在中断服务子程序中，读取CANICR，判断是否有接收中断标志，有则读取接收缓冲区数据。为了防止接收缓冲区数据溢出，可开辟一个循环接收数据队列来暂时存储数据，主程序则通过查询该队列来获得总线数据。

2.4 异常情况处理

在线总线发生严重故障的情况下，CAN节点有可能脱离总线，此时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将许多CAN控制器功能复位和禁止。软件下一步必须置零RM位。发送错误计数器将递减计数总线释放条件（11个连续的隐性位）的第128个事情。软件可通过读取Tx错误计数器对计数器递减计数的情况进行监测。

在应用中，若前面传输到CAN控制器的数据未被读出，而接收缓冲区又没有及时释放，就有可能引起后面信息的丢失。这时必须通过写命令寄存器来清除CANSR的数据溢出位。这两种异常可通过异常中断来处理，只要在中断子程序中加入处理代码即可。其它的总线异常处理可根据使用情况决定是否在软件中处理。

总之，软件的编写和规划相当重要。ARM7TDMI指令集是基于RISC的，具有32位ARM/16位Thumb双指SR相互调用。因此，为了提高程序代码密度，某些对性能要求不高的代码可用Thumb指令集编写。

由于该方案体积小、功耗低、抗干扰性好，现已应用于电磁环境复杂的某车载通信设备中，满足了该项目对CAN网络点节的要求。