车载网络系统硬件及其驱动的设计

　　1引言

　　在电子技术迅速发展以及在汽车上广泛应用的今天，汽车电子化程度越来越高。汽车电子系统中电子控件繁多、通信复杂度增大必然导致整车布线庞大而且复杂，安装空间紧缺，运行可靠性降低，故障维修难度增大。并且为提高信号利用率，要求数据信息互通，资源共享，传统的电气系统点对点的通讯方式已远不能满足这种需求。对上述问题，在已有成熟的计算机网络和现代控制技术的基础上，汽车网络技术应运而生。通过总线将汽车上的各种电子装置与设备连成一个网络，实现设备之间的信息共享，既减少了线束， 又可更好地控制和协调汽车的各个系统，使汽车性能达到最佳。

　　2系统硬件设计

　　本硬件系统所设计的车载网络具备数据处理、数据存储、数据通信、参数设置、显示等功能，能够很好地对传感器采集到的车速、车内温度、发动机运行状态、水温以及油量等数据进行传输、处理、存储，并通过显示屏显示，使驾驶员及时了解车体总的运行状况。系统按功能主要分为处理器模块、USB接口模块、存储模块、 UART异步串行口模块、CAN模块、10/100M以太网接口模块、显示模块以及电源。系统总体结构如图2.1所示。

　　2.1 处理器模块

　　该系统采用Samsung公司开发的一种32位RISC微处理器S3C2410，内含一个 ARM920T内核，芯片中集成了16KB 指令Cache、16KB 数据Cache、MMU、外部存储器控制器、NANDFlash控制器、1个LCD控制器、SDRAM控制器、 3个通道两个独立的 UART、4个通道的DMA、 8通道的10位ADC、触摸屏接口、IIC总线接口、1个USB主机接口，1个USB设备接口、117位通用I/O口和24位外部中断源。 S3C2410x支持从NAND Flash启动，系统采用NAND Flash与SDRAM组合，可以获得非常高的性价比。

　　2.2USB接口模块

　　S3C2410的USB支持USB1.1版本,由悬空和唤醒功能。USB设备控制器可以用DMA接口提供一个高性能完备的速率功能控制解决方案,允许批量传输、中断传输和控制传输。S3C2410扩展USB十分方便,按照USB1.1标准协议连接即可，可以同时支持USB的低速和高速传输。

　　2.3UART串行口模块

　　UART，指的是异步串行口。在 ARM9微控制器中包含有两个UART0和UART1。UART0仅提供TXD和RXD信号引脚，UART1增加了一个调制截调器 MODEM接口，其余方面两者都是完全相同的。

　　2.4 CAN模块

　　本系统采用 Philips公司生产的适合汽车环境和一般工业系统环境的独立 CAN控制器MCP2510。MCP2510支持 CAN2.0B，而且具有一些新特征，应用非常广泛，是比较典型的独立CAN控制器。SJA1000有两种操作模式，即基本CAN模式和具有很多扩展功能的Peli CAN模式。

　　2.5显示模块

　　由于本系统选用芯片已集成了LCD控制器，所以只要选择合适的 LCD显示屏即可。系统选择SHARP公司的LQ080V3DG01显示屏。 LQ080V3DG01是一款 TFT-LCD显示模块，它由彩色TFT-LCD模板、驱动电路、控制电路、电源电路和背光单元组成，显示分辨率为RGB640×480，具备3.3V和 5V两种供电方式。

　　3驱动程序设计

　　车载网络系统的软件由三部分组成：实时操作系统、硬件驱动程序和运行于操作系统、 10/100M以太网USB存储设备、 USB鼠标、 USB键盘、 GPRS/CDMA、 GPS 之上的应用程序。实时操作系统采用源码公开的Linux操作系统。硬件驱动程序主要为USB设备驱动、CAN控制器驱动、串口驱动和LCD控制器驱动。

　　3.1 USB设备驱动程序的设计

　　 Linux的USB内核子系统中,提供了几个与设备驱动程序开发直接相关的核心数据结构,定义于内核源代码的<linux/usb.h>中。限于篇幅，下面只讨论在 Linux下设计一个典型 USB设备驱动程序的通用架构流程。

　　以上即为Linux中一个典型USB设备驱动程序的框架,通常包含设备初始化、设备卸载、设备打开、设备释放以及对设备进行读、写、控制等部分,是一种相对固定的格式。


　　3.2CAN控制器驱动程序的设计

　　Linux下驱动程序的编写有特定的规以及一些必要的模块，init_module模块是驱动程序中用来加载设备的，系统初始化时调用。此处用 arm9200_mcp2510_init()作为CAN总线驱动程序的入口函数，他将主要完成对MCP2510初始化，调用 register_chrdev()函数向系统注册字符型设备驱动程序，使用request_irq()函数为CAN总线的中断处理程序。根据传递CAN 数据的要求，设计了如下的数据结构予以存放一帧数据和对接收缓冲区进行管理：

Typedef struct{ unsigned int id; / * CAN网络中节点的标志符 * /
unsigned char data[8]; /* 要传的数据，最大为8个字节 * /
unsigned char dlc; / * 发送的数据长度 * /
int IsExt; / * 判断消息是否为扩展帧 * /
}
candata; Typedef struct{ Candata MCP2510_Candata[128];/ * 定义一个接收缓冲区 * /
int nCanRevpos; / *数据存入缓冲区的位置指针 * /
int nCanReadpos; / *数据读出的位置指针 * /
int loopbackmode;
wait_queue_head_t wq;
spinlock_t lock;
}
MCP2510_DEV;

　　数据结构file_operations是驱动程序中一个重要的数据结构，内核就是通过这个结构来访问驱动的。应用程序通过对_read()、_write()、_ioctl()函数调用驱动中相应的程序来读写数据和控制字符设备的工作。