本站原创【摘 要 】CAN（Controller AreaNetwork）结构简单,规模适中,通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性.得到越来越广泛的的应用.本文讨论了采用嵌入式WinCE与LPC935单片机构成的CAN通信问题,认真分析了WinCE操作系统与LPC935单片机CAN模块特性,设计出了进行CAN通信的总体框图,针对实际CAN通信存在的问题了CAN通信协议,根据该系统硬件要求,了WinCE系统内核,最后实现了CAN通信设计.
【关 键 词 】WinCE；LPC935；CAN通信协议
随着信息技术的不断发展,嵌入式WinCE在工业控制领域中的应用越来越广泛.主要作为上位机的操作系统.LPC935单片机作为一款工业级的单片机芯片,广泛应用于各种工控设备.在许多复杂的应用场合,一个LPC935单片机是不可能满足需要的,需要多片LPC935单片机协同工作.此时,怎样实现多片LPC935单片机的通信就成为了设计的关键.以基于嵌入式WinCE设备为核心,代替传统的PC机,搭建CAN通信系统.结合嵌入式、单片机、网络通信技术的优点,将各个独立系统复杂的通信协议、数据格式进行统一的转化,实现系统之间的相互通信.将嵌入式WinCE与单片机结合起来将具有重要的实用价值和广阔的应用前景.
1.硬件平台
1）嵌入式WinCE采用周立功的TIPC-700作为硬件平台,主要的硬件资源有S3C2440A处理器,1路带隔离的CAN-bus接口；1路10/100M以太网接口；2个RS-232C串口等.根据核心硬件的要求,了所需的WinCE系统内核.在Visual Studio 2005集成开发环境中编写应用程序[1].
2）LPC935单片机是一款单片封装的微控制器,使用低成本的封装形式.它采用了高性能的处理器的处理结构,指令执行时间只需要2到4个时钟周期.6倍于标准80C51器件.它具有集成度高、设备丰富,2个4路输入的8位A/D转换器/DAC输出、2个模拟比较器、2个16位定时/.计数器和一个23位系统定时器、增强型UART和SPI通信端口.LPC935集成了许多系统级的功能,大大减少了元件的数目与电路板面积并降低系统的成本.所以在很多领域得到了广泛的应用[2].
3）通过USB建立TIPC-700与PC机的ActiveSync连接,嵌入式WinCE与LPC935通过带隔离的CAN-bus接口进行通信,CAN通信总体款图如下图1所示.
4）每块分板控制4个比色池,每个比色池上有3个检测通道,每块分板可以进行12通道检测,但是每个比色池一次只用使用一个通道进行检测,因此每块分板每次可以同时进行4通道检测,4块分板可以同时进行16通道检测,从而达到了多通道检测的目的,后面的通信协议正是基于此而设计的.
2.嵌入式WinCE平台
WinCE是一个32位、多线程、多任务的操作系统,采用了独立于通常的程序设计语言并且和Windows兼容的API的方式.WinCE有良好的通信能力、相当出色的图形用户界面.WinCE操作系统分为硬件层、OEM适配层、操作系统层、应用支持库、应用开发层、应用集成层.各层之间只能单向依赖或单向调用.从而使功能模块之间的调用关系更加清晰.为了使系统具有更好的可扩展性和更清晰的结构,WinCE系统往往需要[3].
WinCE提供了一个工具PB（Platform Builder）,是WinCE的主要集成开发环境,通过这个工具可以方便地根据不同的硬件,、裁剪出符合不同设计要求的WinCE操作系统.完整的WinCE操作系统包括以下内容：Bootloader、CPU初始化代码、驱动程序（键盘、鼠标、声卡、显卡、IDE、COM、USB）、用户界面接口、完成特定功能的应用程序.WinCE平台的流程如图2所示.
3.底板CAN设计
底板采用的是主控芯片是LPC935,是一类自身并不能带有在片CAN的微控制器.但是它带有SPI接口,设计中就是用SPI接口加独立的CAN控制器（MCP2515）来实现CAN的功能.MCP2515作为CAN控制器,是一种独立的控制器,主要用于一般工业环境中的局域网络控制,完全支持CAN总线V2.0A/B技术规范.CAN收发器采用了TJA1050T,可以同时操作多个CAN网络,提供高达1Mb/s的传输速率.同时采用光电隔离提高系统的稳定性.用以实现底板与嵌入式WinCE设备的通信[4].
4.CAN通信协议设计
为了让嵌入式WinCE和多块LPC935单片机进行通信,关键是要有一个好的通信协议.包括对数据的形式、通信方式、传送速度、传送步骤、检错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定[5].由硬件平台的设计可以知道,每块分板控制着4个比色池,每个比色池可以设定3个检测通道,因此每块分板可以控制12个检测通道,并把它编号为1—12.但是每块分板每次只能从每个比色池的3个通道中选着1个通道进行检测,每次只能同时进行4通道的检测.整个系统可以同时进行16通道的检测.CAN通信报文传输的帧格式有含有11位标识符的标准帧和含有29位标识符的扩展帧[6].本设计采用了标准帧的格式进行CAN通信协议的设计.
1）主板下传命令给分板时通信协议的设定
标识符的设置：把11位标识符的高四位固定为1010,随后的2位为分板的编号（0-3）,第7位设为0表示读取AD,设为1表示设置比色池LED发光强度,低四位设成检测通道（1-12）,至此,11位标识符被设定好.
数据域的设置：当第7位设为0时,数据部分为一个字节（小于16）,表示检测项目,与标识符的低四位相同.分板在接收到时调整相应到相应的检测状态.当第7位设为1时,设置/校准发光管.标识符的低四位为检测通道,数据部分为3个字节. 2）分板上传数据/命令给主板时通信协议的设定
标识符的设置：11位中的高4为固定为1010,随后的2位为分板的编号（0-3）,第7为为0,低四位设成检测通道（1-12）.
数据域的设置：共8个字节
AD0H AD0L AD1H AD1L AD2H AD2L AD3H AD3L
分板上传命令时标识符与上传数据相同,数据部分为一个字节,当为“0x0b”表示按下了检测按键,当为“0x0A”表示对上次命令已经处理完成.
波特率设定：设为50K.
滤波设置：主板只对标识符高4位滤波,值为1010.
分板只对标识符高6位滤波,值为1010XX,XX为分板编号0-3.
图3是检测项目与检测通道分布图.
例如要对一号分板的第一比色池的1号通道的检测项目进行检测：如已经校准,将标识符设置为10100000001,其后跟上相应设置的数据域,即可以对一号分板的第一比色池的1号通道的检测项目进行检测.如未校准,将标识符设置为10100010001,加上相应设置的数据域进行校准,校准候按照前面的步骤进行检测.同样1号通道上传数据/命令可以根据上面写好的通信协议进行操作.
5.结论
CAN通信最早应用于汽车领域,随着科技的发展,目前CAN通信在计算机控制系统中已经得到了广泛的应用,本文通过嵌入式WinCE与多块LPC935单片机底板CAN通信研究开发,综合了嵌入式、单片机及网络通信技术实现了多路CAN通信,达到了最初的设计目的.本文设计的通信协议经实践证明稳定可靠,保证了底板与WinCE控制板之间信息传输的实时性与准确性.提高了数据的准确率,减少了丢包率.本文所采用的技术在近距离控制,远程控制与工业控制领域具有重要的实用价值和广泛的应用前景.