通信工程:LPC2294的CAN总线主节点设计[2]

图5 SRAM电路连接图

图6 NORFLASH电路连接图

2.3 NANDFLASH电路

NANDFLASH用作存放μCLinux的根文件系统和应用程序，使用Jff2文件系统格式。NANDFLASH采用三星公司的K9F2G08UOA,存储容量为256M.NANDFLASH的数据接口为8位串行接口，使用nCS2作为片选线， 地址区间使用0x8200 0000-0x82FF FFFF,CLE（指令使能）和ALE（地址使能）分别连接到地址总线A2和A3,因此NANDFLASH的数据写入地址为0x82000000,命令写入地址为0x82000004,地址写入地址为 0x82000008.R/B（准备/忙等待）连接到P1.18,用于读取当前状态，此引脚须上拉。其电路连接如图7所示。

图7 NANDFLASH电路连接图

2.4 CAN接口电路

LPC2294内部集成了4路CAN控制器。每个总线上的数据传输速率高达1Mb/s,兼容CAN2.0B.LPC2294没有集成CAN收发器，无法将TTL电平转换为CAN总线的差分电平信号。因此主节点采用了带有隔离功能的 CTM1050T作为CAN收发器。在CAN总线两端须连接120Ω的电阻，以匹配总线阻抗，提高数据通信的抗干扰性及可靠性。以下是1路CAN收发器的电路图，其余3路连接方式与此一样。

2.5 以太网电路

主节点采用RTL8019AS作为以太网控制器。RTL8019AS是一种全双工即插即用的以太网控制器，已集成了RTL8019内核和一个16kB的SDRAM存储器。它兼容RTL8019控制软件和NE2000 8bit或16 bit的传输。 网络接口采用带网络变压器的HR901170A.RTL8019AS使用的片选线为nCS3,地址范围为0x8300 0000-0x83FF FFFF,由于只有256B的寄存器，因此可操作地址范围为0x8300 0000-0x8300 00FF.RTL8019AS 使用20M晶振。

3 软件设计

3.1 U-Boot移植

U-Boot（Universal Boot Loader）是遵循GPL条款的开放源码项目。从FADSROM、8xxROM、PPCBOOT逐步发展演化而来，支持多种嵌入式操作系统内核与微处理器系列。U-Boot的启动过程：初始化目标板硬 件。给嵌入式操作系统提供板上硬件资源信息，加载、引导嵌入式操作系统。主节点使用U-Boot-2009-01,它不仅支持ARM-720T内核，而且间接提供了对LPC2294的板级支持。U-Boot的移植过程：首先通 过修改star t.s文件设定系统主频：然后针对U-Boot所支持的LPC2292硬件资源配置信息作必要的修改，如外部存储器控制器（EMC）、以太网控制器等的硬件连接信息；接下来修改串口驱动代码使之与系 统主频匹配；最后通过配置菜单配置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没有MMU单元，不能运行定制的Linux,只能使用μCLinux.主节点移植的μCLinux版本号为2.6.25.从该版本开始，μCLinux支持CAN总线驱动。移植过程如下：

1）打Philips公司针对该芯片提供的补丁；

2）修改NANDFLASH部分的驱动程序；

3）配置μCLinux内核；

4）交叉编译内核。

所需源码及补丁文件如表2所示。

表2 所需源码及补丁文件

移植需要修改的部分驱动代码：

1）修改arch/arm/math-lpc22xx/head.s

因为μCLinux假设运行前已由BootLoader完成基本硬件初始化工作，因此不再进行系统时钟频率、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储器控制器、系统分频器PLL等部分代码 ,需要更改这部分代码，使之与U-Boot中Lowlevel_init.s文件的描述一致。另外μCLinux运行前必须由BootLoader将其内核装入内存偏移量为0x80000000的地方，因此要保证在μCLinux源码中的对应设 置与启动引导程序的初始化设置相同。

2）修改NANDFLASH驱动代码

μCLinux内核从2.6.14开始更改了NANDFLASH的驱动代码，使驱动更加智能化，不再需要写读写函数，只需要实现读写时序函数。时序函数只关心如何来发送指令到NANDFLASH,例如写指令周期需要对ALE 线使能，那么μCLinux下的读写函数会给这个时序函数发送一段指令中包含使能ALE线的指令，然后将数据写到数据总线上，CLE的实现与之相类似。

3.3 CAN控制器驱动设计

对于微处理器来说，CAN控制器完全是基于事件触发的，即CAN控制器会在本身状态发生改变时，会将状态变化的结果告诉微处理器。所以微处理器处理CAN控制器时，可以采用中断的方式，也可以采用轮 询查看CAN控制器状态的方式来对CAN控制器做出相应的处理。在μCLinux下CAN驱动程序设计包括初始化函数、读函数、写函数、中断服务函数等设计，使用文件指针注册设备，用户程序则通过对设备文 件的操作来收发CAN总线数据。CAN驱动程序主要功能包括：

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、设置管脚连接、软件复位、设置CAN报警界限、设置总线波特率、设置中断工作方式、设置CAN验收过滤器的工作方式以及启动等。

2）CAN总线数据发送先将数据送到发送缓冲区，然后对发送寄存器赋值以启动发送。CAN控制器只负责发送，并不保证发送成功。因此要知道是否发送成功，须查询TCS状态位，或配合发送成功中断来判断。

3）CAN总线数据接收CAN总线数据接收通过读取状态寄存器查询当前缓冲区中是否有数据，当有数据时将数据读出并放到CAN接收环形数据存储区中，当用户程序需要数据时则从该缓存区中读出。

4）CAN中断处理通过中断获知CAN控制器的当前状态，然后做出相应的处理，包括接收中断处理、发送中断处理以及异常中断处理。中断处理由中断服务函数实现。

4 结论

本文提出一种基于LPC2294微控制器，使用μCLinux作为操作系统的CAN主节点软硬件设计方案。主节点通过扩展SRAM、FLASH提高了系统的性能，采用带隔离功能的CAN收发器增强了CAN总线节点的抗干扰 能力，外接以太网控制器实现了计算机远程监控。基于μCLinux的软件系统既提高了系统的稳定性、应用软件的开发效率，又使得众多的Linux平台软件可容易地移植到主节点，增强系统的功能。通过制 作了样机并进行实验，验证了这一方案的有效性。

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