1517.基于ARM的CAN总线研究和实现毕业论文.doc

本科毕业论文论文题目：基于ARM的CAN总线研究和实现学生姓名： 学号： 专业： 通信工程 指导教师： 学 院： 目 录摘 要. .1Abstract .1一、引言.2二、关于CAN特点的介绍 . 2三、简单CAN通信硬件设计. 4四、CAN报文传输. 5 五、简单CAN信息传递机制的介绍.7六、软件设计.8七、简单CAN通信协议的指定. 11八、简单测试.12九、CAN网络设计.13十、结束语.15参考文献.15基于ARM的CAN 总线研究和实现摘要：CAN 总线是一种支持分布式实时控制系统的串行通信的局域网络。由于其高性能、高可靠性、实时性好及其独特的设计, 已广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。本文针对大型复杂工业现场实时测控网络的要求,介绍了CAN总线的特点,介绍了基于CAN 总线测控节点的设计与实现, 阐述了CAN 总线网络的通信模型和构建方法。重点对基于ATMEL公司的7x256芯片的节点硬件配置、软件功能、尤其是CAN 通信的实现进行了比较详细地讨论。关键词： CAN 总线；7x256； CAN 通信The research and realization of CAN Bus based on ARM Abstract:CAN Bus is a kind of area Network which supports the serial communication of real-time . Owing to its high performance, high reliability,good performance of real-time and its unique design，CAN Bus has been widely applied in the data communication between the testing and implementing agencies in the control system. At the request of real-time monitoring and control network in the large-scale industrial complex scene,this paper has introduced the features of CAN Bus,the design and implementation of monitoringand control nodes based on CAN Bus.It has described the communication model and costruction methods of CAN Bus network.This paper has focused on the detailed discussion of node hardware configuration and soft function of 7x256 chip based on ATMEL company,especially the realization of CAN Bus. Key words :CAN bus; 7x256; CAN communication一、引言 目前在某些测控系统中仍采用RS - 485 串行总线通讯。由于该方式只能构成主从式结构的通讯网络,一旦主节点出现故障,就会导致整个系统处于瘫痪状态,系统总体可靠性较低。此外,RS - 485 网络在任意时刻,总线只能允许一个节点向总线发送数据。如果总线上的某些节点发生故障,导致多于一个以上的节点向总线发送数据时,就极有可能使总线呈现短路状态,从而损坏某些节点的RS - 485 驱动器,导致故障范围的进一步扩大。针对这些问题,RS - 485 网络本身无法给出一个良好的解决方法。而CAN 总线技术由于具有多主工作方式、采用非破坏性总线仲裁技术、信号传输采用短帧结构等特点,可使这些问题得到较好的解决。CAN, 全称为“Controller Area Network”, 即控制器局域网, 最早由德国BOSCH 公司提出, 主要用于汽车内部测量与控制中心之间的数据通信。如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中, 均嵌入CAN 控制装置。由于其卓越的性能、极高的可靠性, 独特灵活的设计和低廉的价格, 现已广泛应用于工业现域控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器环境监控等众多领域。已被公认为几种最有前途的现场总线之一。本文研究的是基于ARM的CAN 总线的数据通信。具体实现CAN总线上一对一，以及一对多的数据通信。二、关于CAN特点的介绍 CAN总线是一种支持分布式实时控制系统的串行通信局域网。由于其高性能、高可靠性、实时性等优点,已广泛应用于控制系统中的检测和执行机构之间的数据通信。它具有以下一些技术特性:(1) 多主控制在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）。最先访问总线的单元可获得发送权（CSMA/CA 方式）。多个单元同时开始发送时，发送高优先级ID 消息的单元可获得发送权。(2) 消息的发送在CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID 并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。(3) 系统的柔软性与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。(4) 通信速度根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。(5) 远程数据请求可通过发送“遥控帧” 请求其他单元发送数据。(6) 错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）。检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）。正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。(7) 故障封闭CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起故障的单元从总线上隔离出去。(8) 连接CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。CAN 总线符合ISO11898 标准,最大传输速率可达1MB/ s ,最大传输距离为10km(传输速率约为5K) ,传输介质可为双绞线、同轴电缆等。由于CAN 总线是一种很有发展前景的现场总线,得到了国际上很多大公司的支持。基于CAN 总线的以上特点,它特别适用于系统分布比较分散、实时性要求高、现场环境干扰大的场合。三 、简单CAN通信硬件设计 节点控制器ARM芯片选用 ATMEL公司的7x256, 属ARM7 系列芯片。ARM7 系列是具有ARM7TDMI 内核的32 位嵌入式微处理器, 是目前应用很广的嵌入式RISC 处理器。该系列芯片体积小、功耗低、成本低, 高性能与灵活性相结合, 有较多的寄存器, 提供了扩充的增强的固定长的16/32位双指令集。此芯片集成了外设CAN 控制器。 芯片支持片上断点和调试点支持, 具有先进的软件开发和调试环境。又因为此处理器芯片自身集成了CAN 控制器, 可以自动处理数据链路层和部分物理层，为CPU提供了完整的关于V2.0 Part A和V2.0 Part B协议功能，可以自动处理数据链路层和部分物理层。 总线数据波特度均可达1Mbps; 可访问32 位的寄存器和RAM; 全局验收过滤器可识别几乎所有总线的11 位和29 位Rx 标识符; 验收过滤器为选择的标准标识符提供了FullCAN模式自动接收功能。所以使用ATMEL的7x256省去了CAN 控制器外围电路的设计, 同时也减少了线路干扰。CAN 收发器采用PHILIPS 公司的TJA1050 高速CAN 收发器。收发器是CAN 协议控制器和物理总线之间的接口。它最初是应用在波特率范围在60k 波特到1M波特的高速自动化应用中。TJA1050 可以为总线提供不同的发送性能, 为CAN 控制器提供不同的接收性能。而且它与“ISO 11898”标准完全兼容。TJA1050 提供两种模式供用户使用。用过引脚S 可以选择高速模式或静音模式。高速模式就是普通的工作模式, 将引脚S 接地可以进入这种模式。如果引脚S 没有连接, 高速模式就是默认的工作模式。在静音模式中, 发送器是禁止的。但其他功能可以继续使用。将S 引脚连接到Vcc 可以进入这个模式。静音模式可以防止在CAN 控制器不受控制时对网络通讯造成堵塞。本设计要实现发送和接收, 所以将S 接地进入普通模式。总体的原理图如图1所示：CAN控制器TJA1050ARM7芯片 TXRXCANLCANHCAN总线 图1 硬件设计原理图四、CAN报文传输报文传输由以下4 个不