CAN (Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是德國BOSCH 公司在20世界80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。CAN 總線卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設(shè)計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互聯(lián)，因此受到工業(yè)界的重視，其應(yīng)用范圍已經(jīng)遍及工業(yè)控制自動化、汽車自動化、機械工業(yè)、樓宇自動化等非常廣泛的場合，成為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

1 CAN總線的特點

CAN (Controller Area Network)總線是一種多主站控制器局域網(wǎng)總線．CAN 總線與一般的通信總線相比，具有獨特的設(shè)計思想，良好的功能特性，極高的可靠性、實時性和靈活性，突出的現(xiàn)場抗干擾能力。

其特點可主要有：⑴ 通信方式靈活，為多主方式工作。⑵ 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求。⑶ 只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。⑷ 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。⑸ CAN通信格式采用短幀格式，每幀字節(jié)數(shù)最多為8個。⑹ 直接通信距離最遠可達10 km(速率5 kb／s以下)；通信速率最高可達1 Mb／s(此時通信距離最長為40 m)。⑺ 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，可達110個，報文標(biāo)識符可達2032種(CAN2．0A)。而擴展格式(CAN2．0B)的報文標(biāo)識符幾乎不受限制。⑻ CAN 總線通信接口中集成了CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢查、優(yōu)先級判別等項工作。⑼ CAN 的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，并可提供相應(yīng)的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。⑽ 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖。⑾ 通信節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點操作不受影響。

一個有效的數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、校驗場、應(yīng)答場和幀結(jié)束組成。CAN2．OB協(xié)議規(guī)定的兩種不同的幀格式，即標(biāo)準(zhǔn)格式和擴展格式，它們的主要區(qū)別在于仲裁場格式不同，標(biāo)準(zhǔn)幀的仲裁場由11位標(biāo)識符和遠程發(fā)送請求位RTR組成。擴展幀的仲裁場由29位標(biāo)識符和替代遠程請求SRR位、標(biāo)志位和遠程發(fā)送請求位RTR組成。如圖1所示。

2 控制器的CAN模塊通信

圖1 CAN數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

DSP56F807芯片本身帶有的CAN 控制模塊MSCAN(Motorola Scalable Controller Area Network)是一個完全的CAN控制器，完全支持CAN2．OA／B協(xié)議。

MSCAN模塊主要由時鐘單元，發(fā)送緩沖區(qū)、接受緩沖區(qū)、接受過濾控制組成。CAN控制器必須通過CAN驅(qū)動芯片才能與CAN 總線相連，DSP56F807芯片的EVM 板上內(nèi)置驅(qū)動芯片PCA82C250。本文使用兩臺PC機和兩塊DSP56F807EVM板完成了一個簡單的MSCAN通信測試程序，一塊EVM板把AD采集來的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送出去，另一塊EVM板完成數(shù)據(jù)的接收。圖2為硬件連接總體結(jié)構(gòu)圖。

2.1 初始化MSCAN

Processor Expert（簡稱PE）是由捷克的UNIS公司開發(fā)的針對Freescale單片機和DSP的嵌入式軟件開發(fā)包, 它集成在CodeWarrior7.0開發(fā)軟件中。Processor Expert是在SDK的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它提供了各種類型的Bean。PE采用面向?qū)ο蟮挠脩艚涌冢脩敉ㄟ^Bean庫的選擇窗口來選擇并添加工程所需要的Bean，然后對這些Bean的屬性進行設(shè)置、對方法和事件進行代碼編輯。在設(shè)置好Bean以后，還要編寫主程序來組織這些Bean從而完成自己的工程。

在工程中加入Init_MSCAN Bean，打開Bean屬性設(shè)置窗口，如圖3。在完成屬性設(shè)置后，PE會自動生成CAN1_Init()函數(shù)，里面包含了MSCAN模塊控制寄存器的初始化設(shè)置。

void CAN1_Init(void)

{

setRegBit(CANCTL0, SFTRES);

．．．．．．

setReg16(CANBTR0, 9);

setReg16(CANBTR1, 35);

setReg16(CANCTL1, 128);

clrRegBit(CANCTL0, SFTRES);

setReg16(CANRIER, 0);

setReg16(CANTCR, 0);

setReg16(CANCTL0, 0);

}

2.2 MSCAN發(fā)送程序

MSCAN模塊具有三發(fā)送緩沖器結(jié)構(gòu)，這樣的發(fā)送結(jié)構(gòu)允許預(yù)先安排多個等待發(fā)送的信息，可獲得最優(yōu)化的實時性能。每個發(fā)送緩沖器帶有一個優(yōu)先級寄存器(TBPR)，用戶可以通過編程確定信息發(fā)送的順序。

CPU通過一組發(fā)送緩沖器空標(biāo)志位(TXE [2:0])，確認(rèn)有效的發(fā)送緩沖器，當(dāng)標(biāo)志位為1時，CPU將標(biāo)識符、控制位和數(shù)據(jù)內(nèi)容存儲到發(fā)送緩沖器中，并將該標(biāo)志位清零。當(dāng)標(biāo)志位再次置為1時，說明緩沖器成功地發(fā)送了信息，并產(chǎn)生發(fā)送中斷，重裝發(fā)送緩沖器。圖4為CAN總線發(fā)送程序流程圖。

2.3 MSCAN接受程序

MSCAN具有雙緩沖器的接收結(jié)構(gòu)，兩個緩沖器輪流映射到一個存儲器區(qū)域。后臺的接收緩沖器(RxBG)單獨地與MSCAN相聯(lián)系，而CPU只能訪問前臺的接收緩沖器(RxFG)，這一結(jié)構(gòu)簡化了軟件的處理過程。

當(dāng)MSCAN控制器接收信息時，先將要接收的信息的標(biāo)識符與接收緩沖器的標(biāo)識符進行比較，只有標(biāo)識符相同的信息才能被接收。MSCAN控制器的接收濾波器使得接收緩沖器可以忽略更多的位來接收信息，即如果只有被屏蔽的那幾位標(biāo)識符不相符，則接收緩沖器仍能接收此信息，此程序為測試程序，忽略了標(biāo)識符的過濾，只要有數(shù)據(jù)就接收。這里用了一個Printf 語句來顯示接收數(shù)據(jù)處理后的電壓值，用以和實際電壓值相比較。圖5為數(shù)據(jù)接收程序流程圖。

3 試驗結(jié)果

在PC機上分別運行發(fā)送和接收程序，通過不斷調(diào)節(jié)電位器，可以看到兩塊EVM板的測試等以同樣的順序點亮或熄滅。同時，在接收程序端，PC機顯示出隨電位器電壓變化而變化的電壓數(shù)據(jù)。CAN總線接收數(shù)據(jù)顯示如圖4。

4 結(jié)論

本文將CAN總線通信應(yīng)用在實際的步進電機伺服控制系統(tǒng)中，上位機采用個人PC機，使用三純科技有限公司的總線通信卡SC2102，下位機采用Motorola公司的嵌入式控制器DSP56F807，采用CAN總線完成上位機與下位機之間的通信任務(wù)，傳輸速率可高達1 Mb／s，可以達到系統(tǒng)對于實時性的要求，同時也能達到系統(tǒng)對于穩(wěn)定性的要求。