基于LPC2194的4路CAN網(wǎng)橋設(shè)計(jì)

CAN總線以其設(shè)計(jì)獨(dú)特、成本低、可靠性高、實(shí)時(shí)性和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在汽車工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。從高速網(wǎng)絡(luò)到低速的多路接線網(wǎng)絡(luò)都可以使用CAN總線，其最高傳輸速率可以達(dá)到1 Mbps，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)10 km(傳輸速率在5 kbps以下時(shí))。但是當(dāng)要求傳輸速率較高且傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，單條總線就無法完成；而且在大型的網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常需要多條總線的接入。這就需要同時(shí)有中繼與路由功能的CAN網(wǎng)橋來實(shí)現(xiàn)以上功能。

　　本文設(shè)計(jì)的4路CAN網(wǎng)橋可以延長(zhǎng)CAN傳輸距離，擴(kuò)展CAN通信網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)具有路由功能，可實(shí)現(xiàn)不同CAN網(wǎng)絡(luò)之間的不同路由、不同通信速率的轉(zhuǎn)換，能夠在大型CAN網(wǎng)絡(luò)中起到關(guān)鍵作用。

　　1 4路CAN網(wǎng)橋的設(shè)計(jì)方案

　　1．1 CAN網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn)

　　使用4路CAN網(wǎng)橋?qū)W(wǎng)絡(luò)性能的改善有著很大的幫助，在大型網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)中有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?、倏梢匝娱L(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，特別是經(jīng)過幾個(gè)CAN網(wǎng)橋的中繼之后，可以極大地延長(zhǎng)傳輸距離，能夠達(dá)到幾千米甚至幾十千米。

　?、诳梢栽龃驝AN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，4路CAN網(wǎng)橋有4個(gè)CAN支路，每條支路又可以增加新的CAN網(wǎng)橋，因此可以組成大規(guī)模的CAN網(wǎng)絡(luò)。

　?、劭梢詫?shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間不同路由的選擇，增強(qiáng)了CAN網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　1．2 設(shè)計(jì)方案

　　CAN網(wǎng)橋的設(shè)計(jì)方案一般分為單MCU和多MCU兩種。單MCU速度較慢，不適用于高速網(wǎng)絡(luò)；多MCU方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性較差。針對(duì)以上情況，本設(shè)計(jì)采用了自帶4路CAN控制器的ARM微控制器LPC2194，同時(shí)避免了MCU速度慢和多MCU網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的情況。

　　LPC2194的特點(diǎn)如下：

　　①具有32位的ARM7微控制器，帶有256 KB的嵌入式高速Flash存儲(chǔ)器。32位代碼能夠在最高時(shí)鐘頻率下運(yùn)行，且功耗極低，處理速度極快。

　　②自帶4路互聯(lián)的CAN控制器，完全支持CAN2．0B和ISO1198-1的標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)CAN控制器均可以實(shí)現(xiàn)1Mbps的速率。其全局驗(yàn)收濾波器可識(shí)別所有總線的11位和29位Rx標(biāo)識(shí)符，相對(duì)于SJA1000的CAN控制器有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　2 4路CAN網(wǎng)橋的硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 總體設(shè)計(jì)

　　由于LPC2194集成4路CAN控制器，因此能夠方便地實(shí)現(xiàn)4路CAN總線接口，既減小了系統(tǒng)的規(guī)模，又提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用LPC2194作為主控芯片，具有隔離和保護(hù)的CTM8251T作為CAN收發(fā)器。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2．2 微控制器與CTM8251T的接口設(shè)計(jì)

　　CTM8251T是一款帶隔離的通用CAN收發(fā)器模塊。該模塊內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離及CAN收發(fā)器件，具有2 500 V的隔離功能和CAN-bus總線過壓保護(hù)作用。該模塊符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，因此可以與其他遵從ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的CAN收發(fā)器相互操作。由于微控制器LPC2194集成的4路CAN控制器完全相同，因此本設(shè)計(jì)中只給出1路CAN控制器與CTM8251T的連接圖，如圖2所示。

　　3 4路CAN網(wǎng)橋的軟件設(shè)計(jì)

　　4路CAN網(wǎng)橋不同于一般的CAN中繼器，可以選擇不同的路由和不同的通信速率。本設(shè)計(jì)中，4路CAN接口均可以實(shí)現(xiàn)與其他3路之間不同路由的選擇和不同通信速率之間的轉(zhuǎn)換，極大地增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。4路CAN網(wǎng)橋的工作模式分為兩種：配置模式，可以選擇路由和不同支路的CAN通信速率；正常工作模式，根據(jù)所配置的狀態(tài)來進(jìn)行工作。

　　3．1 配置模式

　　配置模式的主要工作是將配置信息寫入EEPROM中，在正常工作時(shí)可以讀取配置的信息。配置模式的程序流程如圖3所示。

　3．2 正常工作模式