CAN總線在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

read從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)；write向發(fā)送緩沖區(qū)寫人數(shù)據(jù)；release關(guān)閉can 控制器；ioctl向can 控制器發(fā)各種操作命令，包括設(shè)置sja1000總線波特率、id過濾器等；open 打開can 控制器，并使用函數(shù)request_irq()向系統(tǒng)申請中斷，并設(shè)置中斷處理程序為can_interrupt()，當(dāng)sja1000內(nèi)部中斷寄存器(ir)的任意位置為1時，int引腳低電平有效，調(diào)用其中斷處理函數(shù)can-interrupt()，在該函數(shù)中讀取中斷控制寄存器，判斷中斷原因(接收中斷、發(fā)送中斷、錯誤中斷、數(shù)據(jù)溢出中斷、喚醒中斷)，從而調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)子程序。
(2)sja1000讀寫邏輯分析及設(shè)計。由于sja1000的地址線和數(shù)據(jù)線是分時復(fù)用的，需要通過軟件編程模擬地址鎖存信號，以達(dá)到數(shù)據(jù)和地址的分時傳輸，因此，在程序設(shè)計中，要考慮sja1000的讀寫時序。圖4為sja1000的寫時序圖。

4.2 寫時序邏輯
通過分析寫時序，可知，sja1000的寫數(shù)據(jù)/命令過程分為以下兩步[4]：
(1)將sja1000的ale引腳信號拉高，然后往復(fù)用總線上送地址信號，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉低ale信號，在ale引腳產(chǎn)生下降沿，進(jìn)行地址鎖存。
(2)將cs引腳信號拉低，并拉低wr信號，打開寫允許；然后往復(fù)用總線上送數(shù)據(jù)信號，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉高wr信號，使wr引腳產(chǎn)生上升沿，進(jìn)行寫操作，將數(shù)據(jù)寫入sja1000目標(biāo)寄存器。
linux系統(tǒng)中，不能直接訪問物理地址，而是先要映射到內(nèi)核空間中，通過虛擬地址去訪問。由硬件電路可知，sja1000的物理地址是0x50000000，最大空間為為108個字節(jié)(pelican方式)。sja1000寫程序如下：
addr = ioremap(0x50000000, 0x80);
void write_sja1000 (unsigned int data, unsigned int reg) {
writeb (reg, addr+1);
writeb (data, addr);
}
其中，ioremap()為物理地址到虛擬內(nèi)存的映射，addr為地址映射后得到的內(nèi)核空間虛擬地址；reg是sja1000內(nèi)部寄存器地址；data是要寫的數(shù)據(jù)。writeb(reg, addr+1)模擬ale鎖存地址，發(fā)地址信號reg，addr+1將使地址線a0產(chǎn)生高電平，由硬件設(shè)計電路知道這將使地址鎖存信號ale拉高；然后，reg被送到了復(fù)用總線上。writeb (data, addr)發(fā)送數(shù)據(jù)到地址reg，addr將使a0拉低，reg被鎖存；然后，data被送到復(fù)用總線上，也就寫到了被鎖存的地址reg所指空間。
4.3 讀時序邏輯
圖5為sja1000的讀時序圖。

通過分析讀時序，可知，sja1000的讀數(shù)據(jù)/命令過程分為以下兩步[4]：
(1) 將sja1000的ale引腳信號拉高，然后往復(fù)用總線上送地址信號，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉低ale信號，在ale引腳產(chǎn)生下降沿，進(jìn)行地址鎖存。
(2)將cs引腳信號拉低，并拉低rd信號，打開讀允許；然后往復(fù)用總線上送數(shù)據(jù)信號，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，拉高rd信號，使rd引腳產(chǎn)生上升沿，進(jìn)行讀操作，將sja1000目標(biāo)寄存器的數(shù)據(jù)讀回。
sja1000讀程序如下：
int read_sja1000 (unsigned int reg) {
writeb (reg , addr+1);
readb ( addr);
}
readb(addr)從地址reg讀取數(shù)據(jù)。addr將使a0拉低，reg被鎖存；然后，通過復(fù)用總線讀取被鎖存的地址reg所指空間數(shù)據(jù)。
4.4 can通訊應(yīng)用程序設(shè)計
(1) can數(shù)據(jù)報文格式。風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)中，各控制模塊之間需要傳輸?shù)男盘柡芏啵M量、數(shù)字量以及控制指令和控制參數(shù)等。模擬量包括風(fēng)速風(fēng)向，電壓電流，功率，電網(wǎng)頻率，各類轉(zhuǎn)速和溫度等，數(shù)字量包括機(jī)組的各類狀態(tài)信息，如并網(wǎng)狀態(tài)，電源狀態(tài)等及各類故障信息。這些信號均根據(jù)can協(xié)議封裝為報文，以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送。每個報文可由一個或一組信號組成。各個報文需要定義其幀格式，包括數(shù)據(jù)id，優(yōu)先級，數(shù)據(jù)長度等。每個模擬量均定義為兩個字節(jié)長度，數(shù)字量則占1位。為了提高傳輸效率，多個數(shù)字量組合為一個報文來發(fā)送。
系統(tǒng)中can通訊協(xié)議采用擴(kuò)展幀格式，29位id定義見圖6。

其中，命令碼是來自不同模塊的報文的代號，占id的高12位，范圍為0x000-0x0FFf，包含同一組信號的報文具有唯一的命令碼。源地址和目標(biāo)地址取決于控制器地址，主控制器為0x01，網(wǎng)側(cè)變流控制器為0x02，電機(jī)側(cè)變流控制器為0x03，變槳偏航控制器為0x04。id的低9位分別為后續(xù)幀標(biāo)志和后續(xù)幀幀數(shù)，若后續(xù)幀標(biāo)志為1，則表示該報文還有后續(xù)幀需要傳輸。
(2) 基于qt/e的圖形界面應(yīng)用程序設(shè)計。本系統(tǒng)中主控制器圖形界面應(yīng)用程序基于linux平臺的qt/e實現(xiàn)。圖形界面應(yīng)用程序主要功能有兩個：一是從can 總線接收風(fēng)電機(jī)組運行狀態(tài)信息，并顯示給用戶，二是判斷并處理機(jī)組狀態(tài)信息，通過can接口向各子控制模塊發(fā)送控制信息。由于本系統(tǒng)中can以多主方式工作，接收來自多個節(jié)點的數(shù)據(jù)，并向多個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，在應(yīng)用程序中要封裝不同的報文，還要分析收到數(shù)據(jù)的信息。
為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)，應(yīng)用程序采用多線程機(jī)制，本系統(tǒng)中設(shè)計三個獨立線程來處理不同的任務(wù)。主線程負(fù)責(zé)主界面實時數(shù)據(jù)顯示，歷史數(shù)據(jù)查詢以及機(jī)組狀態(tài)的邏輯判斷和流程控制等。由于數(shù)據(jù)庫的讀寫是對磁盤文件的直接操作，速度較慢，因此在一獨立線程中實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的寫操作，以防止對主線程控制程序的影響，而對于歷史數(shù)據(jù)的查詢，現(xiàn)場只在特定情況下用到，仍在主線程中實現(xiàn)。can總線數(shù)據(jù)的交互比較頻繁，為了避免數(shù)據(jù)的丟失，在一獨立線程中完成數(shù)據(jù)的接收。
5 結(jié)束語
目前，風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)主要掌握在國外大企業(yè)手中，國內(nèi)機(jī)組的控制器主要依靠技術(shù)進(jìn)口，因此，研究并設(shè)計有自主產(chǎn)權(quán)的機(jī)組控制系統(tǒng)有著深遠(yuǎn)的意義。

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