基于ARM7的CAN-USB转换器设计

ABS(防抱死刹车系统)ECU(电控单元)在研发过程中，为了实时确定其行车参数和控制参数，通常会使用标定技术，标定技术就是通过一定的命令对ECU上传和读取控制算法参数，以达到对其实时修改以寻求最优的技术。  

对于车载电控单元来说，其通常只有CAN总线通信接口，为了能实现上位机和ECU能直接进行通信，实现利用标定技术对ABS ECU 进行开发，我们设计了一款能实现CAN到USB的数据转换器。  

CAN通信协议是一种用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。而USB具有即插即用的优点，并且有较高的通信速率，对于实现上位机和下位机的通信进行标定十分方便。我们设计的数据转换器采用了NXP公司的LPC2119 ARM7处理器，通过它成功地实现上位机和ECU的可靠通信和对下位机的标定。  

系统硬件设计  

LPC2119 ARM7处理器  

LPC2119是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32 ARM7 TDMI-S CPU 的微控制器，并带有128/256kB嵌入的高速Flash 存储器。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率下运行。  

USB转换芯片CH372  

CH372 是一个USB 总线的通用设备接口芯片，在本地端，CH372 具有8 位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到控制器的系统总线上; CH372 内置了USB 通讯中的底层协议，在内置固件模式下，CH372自动处理默认端点0 的所有事务。  

系统设计  

转换器直接使用USB的5V供电，使用了LM1117将5V电源转换成3.3V和1.8V以供ARM处理器及其外围模块使用，对于CAN控制器输出的逻辑电平用TJA1050转换成差分电平输出CH372的设计十分重要，外接电容用于CH372 内外部电源节点去耦。在LPC2119的各电压引脚分别接了0.01mf的电容进行滤波。在USB转换芯片的设计中，可选4.7kW电阻用于在电源断电后将电解电容中的电能及时释放掉，使VCC 及时下降到0V，确保在下次通电时CH372 能够可靠地上电复位。为使CH372 能够可靠复位，电源电压从0V 上升到5V 的上升时间应该少于100ms，所以电容的容量和电阻的阻值都不能太大。用15pF 的独石或高频瓷片电容作为CH372的时钟振荡电路的起振电容。

系统硬件设计部分框图如图1。  

  
图1 转换器框图  

系统软件设计  

系统程序主要包括CAN控制器驱动程序，USB控制芯片CH372驱动程序，数据读写缓冲区的设计，以及如何调用CAN和USB的读写函数使数据的通信更好的同步。  

CAN驱动程序  

根据LPC2119微处理器CAN 控制器的特性，将CAN 的驱动程序分为3 个层次：  

1.硬件抽象层：将CAN 控制器的硬件特性用数据类型进行抽象，并提供CAN 控制器硬件操作的接口。对物理层的寄存器和相应地址影射，定义了CAN 控制器寄存器的数据类型和对寄存器的操作方法。  
2.功能函数层：CAN 控制器各种功能的实现函数，该层的函数利用硬件抽象层中对寄存器操作的接口来访问CAN 控制器来实现各种CAN 控制器所能提供的功能。  
3.应用程序接口层：在该层中的主要提供给3 个函数，初始化CAN 控制器CANinit()、发送数据CANSendData()、接收数据CANRecieveData()。  

CH372驱动程序  

CH372 芯片在本地端提供了通用的被动并行接口。CH372 芯片的读写时序主要要求读写使能信号有一个2"10ms的持续时间，并且在a0=1时写入命令，a0=0时读写数据。在本设计中，用LPC2119的IO口来表示CH372的各信号，并需要严格按照其时序要求用软件模拟其读写时序，一个典型的写数据子函数如下：  

USBWriteData(uint32 Data)  
{  
………………………  
IO0CLR=0x00000010; //a0=0,表示以下  
写入为数据  
IO0PIN=Data; //向数据端口写入数据  
IO0SET=0x00000020; //rd=1，读信号无效  
IO0CLR=0x00000040; //wr=0，写使能  
Delay8us(1); //延时8us，表示写信号  
有效宽度  
IO0SET=0x00000060;  
…………………………  
}  

在以上程序中，对各端口的操作先后代表了CH372的读写时序信号的先后，适当的延时表示有效的写/读选通脉冲WR/RD的宽度，其典型值为90到10000ns，我们选择25ms。同理可得写命令，读数据子函数：USBWriteCMD (uint32 CMD)，USBReadData( )。调用以上子函数提供了发送和接收数据的函数： IRQ_CH372(void), UploadUSBData(unint32 Length,uint32 Data[])。