通信工程:LPC2294的CAN總線主節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[2]

圖5 SRAM電路連接圖

圖6 NORFLASH電路連接圖

2.3 NANDFLASH電路

NANDFLASH用作存放μCLinux的根文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序，使用Jff2文件系統(tǒng)格式。NANDFLASH采用三星公司的K9F2G08UOA,存儲容量為256M.NANDFLASH的數(shù)據(jù)接口為8位串行接口，使用nCS2作為片選線， 地址區(qū)間使用0x8200 0000-0x82FF FFFF,CLE（指令使能）和ALE（地址使能）分別連接到地址總線A2和A3,因此NANDFLASH的數(shù)據(jù)寫入地址為0x82000000,命令寫入地址為0x82000004,地址寫入地址為 0x82000008.R/B（準(zhǔn)備/忙等待）連接到P1.18,用于讀取當(dāng)前狀態(tài)，此引腳須上拉。其電路連接如圖7所示。

圖7 NANDFLASH電路連接圖

2.4 CAN接口電路

LPC2294內(nèi)部集成了4路CAN控制器。每個(gè)總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Mb/s,兼容CAN2.0B.LPC2294沒有集成CAN收發(fā)器，無法將TTL電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平信號。因此主節(jié)點(diǎn)采用了帶有隔離功能的 CTM1050T作為CAN收發(fā)器。在CAN總線兩端須連接120Ω的電阻，以匹配總線阻抗，提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性。以下是1路CAN收發(fā)器的電路圖，其余3路連接方式與此一樣。

2.5 以太網(wǎng)電路

主節(jié)點(diǎn)采用RTL8019AS作為以太網(wǎng)控制器。RTL8019AS是一種全雙工即插即用的以太網(wǎng)控制器，已集成了RTL8019內(nèi)核和一個(gè)16kB的SDRAM存儲器。它兼容RTL8019控制軟件和NE2000 8bit或16 bit的傳輸。 網(wǎng)絡(luò)接口采用帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的HR901170A.RTL8019AS使用的片選線為nCS3,地址范圍為0x8300 0000-0x83FF FFFF,由于只有256B的寄存器，因此可操作地址范圍為0x8300 0000-0x8300 00FF.RTL8019AS 使用20M晶振。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 U-Boot移植

U-Boot（Universal Boot Loader）是遵循GPL條款的開放源碼項(xiàng)目。從FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步發(fā)展演化而來，支持多種嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核與微處理器系列。U-Boot的啟動(dòng)過程：初始化目標(biāo)板硬 件。給嵌入式操作系統(tǒng)提供板上硬件資源信息，加載、引導(dǎo)嵌入式操作系統(tǒng)。主節(jié)點(diǎn)使用U-Boot-2009-01,它不僅支持ARM-720T內(nèi)核，而且間接提供了對LPC2294的板級支持。U-Boot的移植過程：首先通 過修改star t.s文件設(shè)定系統(tǒng)主頻：然后針對U-Boot所支持的LPC2292硬件資源配置信息作必要的修改，如外部存儲器控制器（EMC）、以太網(wǎng)控制器等的硬件連接信息；接下來修改串口驅(qū)動(dòng)代碼使之與系 統(tǒng)主頻匹配；最后通過配置菜單配置U-Boot,主要配置所需要的命令和所要支持的硬件。

3.2 μCLinux移植

LPC2294沒有MMU單元，不能運(yùn)行定制的Linux,只能使用μCLinux.主節(jié)點(diǎn)移植的μCLinux版本號為2.6.25.從該版本開始，μCLinux支持CAN總線驅(qū)動(dòng)。移植過程如下：

1）打Philips公司針對該芯片提供的補(bǔ)丁；

2）修改NANDFLASH部分的驅(qū)動(dòng)程序；

3）配置μCLinux內(nèi)核；

4）交叉編譯內(nèi)核。

所需源碼及補(bǔ)丁文件如表2所示。

表2 所需源碼及補(bǔ)丁文件

移植需要修改的部分驅(qū)動(dòng)代碼：

1）修改arch/arm/math-lpc22xx/head.s

因?yàn)棣藽Linux假設(shè)運(yùn)行前已由BootLoader完成基本硬件初始化工作，因此不再進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、串口初始化等基本硬件的初始化。在head.s文件中包括初始化存儲器控制器、系統(tǒng)分頻器PLL等部分代碼 ,需要更改這部分代碼，使之與U-Boot中Lowlevel_init.s文件的描述一致。另外μCLinux運(yùn)行前必須由BootLoader將其內(nèi)核裝入內(nèi)存偏移量為0x80000000的地方，因此要保證在μCLinux源碼中的對應(yīng)設(shè) 置與啟動(dòng)引導(dǎo)程序的初始化設(shè)置相同。

2）修改NANDFLASH驅(qū)動(dòng)代碼

μCLinux內(nèi)核從2.6.14開始更改了NANDFLASH的驅(qū)動(dòng)代碼，使驅(qū)動(dòng)更加智能化，不再需要寫讀寫函數(shù)，只需要實(shí)現(xiàn)讀寫時(shí)序函數(shù)。時(shí)序函數(shù)只關(guān)心如何來發(fā)送指令到NANDFLASH,例如寫指令周期需要對ALE 線使能，那么μCLinux下的讀寫函數(shù)會給這個(gè)時(shí)序函數(shù)發(fā)送一段指令中包含使能ALE線的指令，然后將數(shù)據(jù)寫到數(shù)據(jù)總線上，CLE的實(shí)現(xiàn)與之相類似。

3.3 CAN控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

對于微處理器來說，CAN控制器完全是基于事件觸發(fā)的，即CAN控制器會在本身狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，會將狀態(tài)變化的結(jié)果告訴微處理器。所以微處理器處理CAN控制器時(shí)，可以采用中斷的方式，也可以采用輪 詢查看CAN控制器狀態(tài)的方式來對CAN控制器做出相應(yīng)的處理。在μCLinux下CAN驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)包括初始化函數(shù)、讀函數(shù)、寫函數(shù)、中斷服務(wù)函數(shù)等設(shè)計(jì)，使用文件指針注冊設(shè)備，用戶程序則通過對設(shè)備文 件的操作來收發(fā)CAN總線數(shù)據(jù)。CAN驅(qū)動(dòng)程序主要功能包括：

1）CAN控制器的初始化CAN控制器的初始化工作包括硬件使能CAN、設(shè)置管腳連接、軟件復(fù)位、設(shè)置CAN報(bào)警界限、設(shè)置總線波特率、設(shè)置中斷工作方式、設(shè)置CAN驗(yàn)收過濾器的工作方式以及啟動(dòng)等。

2）CAN總線數(shù)據(jù)發(fā)送先將數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)，然后對發(fā)送寄存器賦值以啟動(dòng)發(fā)送。CAN控制器只負(fù)責(zé)發(fā)送，并不保證發(fā)送成功。因此要知道是否發(fā)送成功，須查詢TCS狀態(tài)位，或配合發(fā)送成功中斷來判斷。

3）CAN總線數(shù)據(jù)接收CAN總線數(shù)據(jù)接收通過讀取狀態(tài)寄存器查詢當(dāng)前緩沖區(qū)中是否有數(shù)據(jù)，當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí)將數(shù)據(jù)讀出并放到CAN接收環(huán)形數(shù)據(jù)存儲區(qū)中，當(dāng)用戶程序需要數(shù)據(jù)時(shí)則從該緩存區(qū)中讀出。

4）CAN中斷處理通過中斷獲知CAN控制器的當(dāng)前狀態(tài)，然后做出相應(yīng)的處理，包括接收中斷處理、發(fā)送中斷處理以及異常中斷處理。中斷處理由中斷服務(wù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

本文提出一種基于LPC2294微控制器，使用μCLinux作為操作系統(tǒng)的CAN主節(jié)點(diǎn)軟硬件設(shè)計(jì)方案。主節(jié)點(diǎn)通過擴(kuò)展SRAM、FLASH提高了系統(tǒng)的性能，采用帶隔離功能的CAN收發(fā)器增強(qiáng)了CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾 能力，外接以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控?；讦藽Linux的軟件系統(tǒng)既提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、應(yīng)用軟件的開發(fā)效率，又使得眾多的Linux平臺軟件可容易地移植到主節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能。通過制 作了樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了這一方案的有效性。

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