LPC2294 CAN总线主节点设计方案

　　1 总体设计
　　主节点采用ARM7内核的LPC2294微控制器，使用RTL8019AS作为以太网控制器，软件上采用具有网络功能强、性能稳定、移植性好的μCLi nux作为操作系统。基于CAN总线的运动控制系统，主要由1个主节点（主控制器节点）、若干个从节点（电机控制节点）以及1台计算机构成，主节点与从节点之间通过CAN总线进行通信，主节点与计算机之间则通过以太网进行通信，如图1所示。

图1 运动系统控制结构

　　主节点主要功能包括：1）通过CAN总线发送电机控制信息给从节点，并接收各从节点的反馈信息：2）通过以太网与计算机监控端进行通信，以实现远程监控。
　　1.1 整体硬件设计
　　主节点整体硬件结构如图2所示。

图2 硬件结构

　　主节点采用的LPC2294基于ARM7TDMI内核的32位处理器，带有256kB高速FLASH、16kB静态RAM，内部集成4路CAN控制器，支持SRAM、FALSH扩展。由于LPC2294内部集成CAN，因此外部只需CAN收发器与之连接。CAN收发器选用周立功的CTMl050T.CTM1050T是一款带隔离的高速CAN收发器，主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平，并具有隔离功能（DC2500 V）、ESD保护功能及TVS管防总线过压功能。 LPC2294具有外部存储器控制器（EMC），通过该部件可以扩展更多的FLASH和SRAM以及以太网、USB等外设。主节点采用RTL8019AS作为以太网控制器，分别使用MT45W4MW16、SST39VF1601、K9F2G08UOA进行SRAM、NORFLASH、NANDFLASH的扩展。

　　1.2 软件结构

　　主节点软件结构如图3所示，U-Boot作为BootLoader（启动引导程序），负责初始化目标板硬件与引导操作系统。这里采用μCLinux作为嵌入式操作系统。μCLinux（microcontrol linux）即“微控制器领域中的Linux系统”，主要是针对目标处理器没有存储管理单元（MMU）的嵌入式系统而设计的。它保留了Linux的大多数优点：稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API.同时μCLinux包含大量的设备驱动程序，以及提供良好的驱动程序开发框架。驱动程序开发或配置主要包括CAN、以太网以及NANDFLASH3大部分。上层应用程序通过使用CAN接口函数、Socket接口以及库函数进行各种应用开发。整个系统的启动过程是：U-Boot把μCLinux内核从NORFLASH中加载到SRAM中，然后启动μCLinux，μCLinux初始化硬件及建立运行环境后，自动运行预设的应用程序。

图3 软件结构

　　2 硬件设计
　　2.1 LPC2294最小系统
　　LPC2294采用LQFP144封装，最小系统需要模拟和数字3.3 V电源以及核心电源1.8 V.为了便于串口波特率的设置，外部接11.0 592 MHz晶振。P2.26（BOOT0）通过10 kΩ电阻上拉，P2.27（BOOT1）接一跳线座，通过跳线让P2.27可选择接高电平或低电平以选择从内部FLASH或外部NORFLASH启动。由CAT1025构成手动复位监控电路，提高了系统的可靠性。当SW按键按下时，CAT1025的2引脚输出持续为大于150 ms的低电平，LPC2294复位。在CAT1025的2引脚通过10 kΩ电阻上拉，防止产生错误的引脚输出状态，复位电路如图4所示。

图4 复位电路图

　　2.2 SRAM和NORFLASH电路
　　为了运行μCLinux操作系统，必须扩展系统RAM与FLASH.LPC2294具有外部存储器控制器（EMC），该部件可同时支持多达4个单独配置的存储器组。每个存储器组都支持SRAM、ROM、Flash EPROM、Burst ROM以及外部I/O设备。主节点外部存储器地址分配情况如表1.

表1 主节点外部存储器地址分配情况

　　主节点采用的SRAM和NORFLASH分别是MT45W4MW16、SST39VF1601.MT45W4MW16是一个16位、8 MB容量的PSRAM.SST39VF1601是一个16位的CMOS多功能Flash MPF器件，储存容量为2 MB.其电路连接如图5、图6所示。

图5 SRAM电路连接图

图6 NORFLASH电路连接图

　　2.3 NANDFLASH电路
　　NANDFLASH用作存放μCLinux的根文件系统和应用程序，使用Jff2文件系统格式。NANDFLASH采用三星公司的K9F2G08UOA，存储容量为256 M.NANDFLASH的数据接口为8位串行接口，使用nCS2作为片选线，地址区间使用0x8200 0000-0x82FF FFFF，CLE（指令使能）和ALE（地址使能）分别连接到地址总线A2和A3，因此NANDFLASH的数据写入地址为0x82000000，命令写入地址为0x82000004，地址写入地址为0x82000008.R/B（准备/忙等待）连接到P1.18，用于读取当前状态，此引脚须上拉。其电路连接如图7所示。

图7 NANDFLASH电路连接图

　　2.4 CAN接口电路
　　LPC2294内部集成了4路CAN控制器。每个总线上的数据传输速率高达1 Mb/s，兼容CAN2.0B.LPC2294没有集成CAN收发器，无法将TTL电平转换为CAN总线的差分电平信号。因此主节点采用了带有隔离功能的CTM1050T作为CAN收发器。在CAN总线两端须连接120Ω的电阻，以匹配总线阻抗，提高数据通信的抗干扰性及可靠性。以下是1路CAN收发器的电路图，其余3路连接方式与此一样。