第7章 第2部分 CAN总线

1、 第七章之第4节CAN总线原理及实验主要内容：了解SPI总线的原理，掌握通过SPI总线访问器件的方法掌握CAN总线通讯原理学习CAN总线控制器MCP2510驱动的开发实验部分内容1、添加CAN总线驱动的write操作，实现CAN数据自回环模式的收发。2、修改应用程序，实现两台CAN总线之间数据的收发。SPISPI ( Serial Peripheral Interface) SPI总线概述 SPI 总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO;用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。 SPI主

2、要特点有: 可以同时发出和接收串行数据; 可以当作主机或从机工作; 提供频率可编程时钟; 发送结束中断标志; 写冲突保护; 总线竞争保护等。SPISPI ( Serial Peripheral Interface)SPI的四种传输数据的四种模式: 根据时钟的极性和相位的不同工作于四种模式CPOL: 时钟极性, 表示 SPI 在空闲时, 时钟信号是高电平还是低电平。 若 CPOL 被设为 1, 那么该设备在空闲时 SCK 管脚下的时钟信号为高电平. 当 CPOL 被设为 0 时则正好相反。CPHA: 时钟相位, 表示 SPI 设备是在 SCK 管脚上的时钟信号变为上升沿时触发数据采样, 还是在时

3、钟信号变为下降沿时触发数据采样。 若 CPHA 被设置为 1, 则 SPI 设备在时钟信号变为下降沿时触发数据采样, 在上升沿时发送数据。 当 CPHA 被设为 0 时也正好相反。SPISPI ( Serial Peripheral Interface)SPI工作模式 查询模式 中断模式 DMA模式SPISPI ( Serial Peripheral Interface) S3C2410 x 的SPI模块SPI相关的寄存器功能介绍；SPCON0 -SMOD/选择SPI的工作模式：查询、中断、DMA -ENSCK/输出CLK使能控制位 -MSTR/主从方式选择 -CPOL/时钟极性选择 -CPH

4、A/相位选择 -TAGD/（？）SPSTA0 -DCOL/数据冲突检测 -MULF/多主模式检测 -REDY/发送或接受准备就绪标志位，SPTDATn可以读写标志位SPPIN0/SPI管脚控制寄存器SPPRE0/SPI传输速率控制寄存器SPTDAT0/从模式下发送数据寄存器 主模式下反SPRDAT0/从模式下接受数据寄存器 .SPISPI ( Serial Peripheral Interface) 设置SPI接口参考以下步骤： 1、设置SPI的波特率（对应的波特率控制寄存器SPPREn） 2、设置SPI控制寄存器（SPCONn），配置SPI的工作模式 3、如果要初始化MMC或者SD CARD

5、，则要写入数据OxFF到寄存器SPIDATn十次 4、启动MMC或者SD CARD，要设置nSS对应的GPIO为低电平 5、发送数据时，首先检测REDY是否为1，然后在写数据到SPTDATn 6、读数据方式一：SPCONn的控制位TAGD = 0/normal mode时，先写数据0 xFF到寄存器SPTDATn， 然后再检测传输就标志位REDY是否为1，在读取数据到本地缓存； 7、读数据方式二：SPCONn的控制位TAGD = 1/Tx Auto Garbage Data mode时 检测传输就标志位REDY是否为1，在读取数据到本地缓存 8、设置nSS对应的GPIO为高电平，关闭MMC或者

6、SD CARD；SPISPI ( Serial Peripheral Interface)SPI读写数据的检测 当写入数据时：REDY时钟是零，写入完成之后赋值为1 例:SPTDAT0 = val; /写数据到发送数据寄存器while (!(SPSTA0 & 1); /等待发送全部完成SPISPI ( Serial Peripheral Interface)SPI初始化 初始化SPI连接外部设备的端口 /初始化与SPI相关的三个GPIO /PIMISO SPIMOSI SPICLK set_gpio_ctrl (GPIO_TC_SPIMISO); set_gpio_ctrl (GPIO

7、_TC_SPIMOSI); set_gpio_ctrl (GPIO_TC_SPICLK);注:关于GPIO的设置在后面详细介绍SPISPI ( Serial Peripheral Interface)SPI初始化 设置传递模式 设置工作模式 设置波特率 设置时钟/设置SPI的工作模式为查询模式/开通外部时钟使能/设置主从模式为主模式/设置时钟脉冲极性为高电平/设置时钟脉冲相位为模式A(上升沿)/设置时钟分频参数为40 PCLK/2/(40+1) =Baud rateSPISPI ( Serial Peripheral Interface) SPI读写数据(8位数据) 读操作 inline st

8、atic char SPIRecv ( int channel ) if (channel = 0)return SPRDAT0;else if (channel = 1) return SPRDAT1;elsereturn -1; SPISPI ( Serial Peripheral Interface) 写操作 inline static void SPISend ( unsigned char val, int channel ) int flags;local_irq_save(flags);if ( channel = 0 )SPTDAT0 = val;while (!(SPSTA0

9、 & 1);/等待写入全部完成else if ( channel = 1 )SPTDAT1 = val;while (!(SPSTA1 & 1);local_irq_restore(flags); CAN总线的原理 CAN全称为Controller Area Network，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。 最初CAN总线被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如，发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中均嵌入CAN控制装置。ECU(Electronic Control Unit)：电子

10、控制单元,又称“行车电脑”、“车载电脑”等 CAN总线的原理CAN的主要优点包括： 低成本 极高的总线利用率 很远的数据传输距离(长达10公里) 高速的数据传输速率（高达1Mbit/s） 可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文 可靠的错误处理和检错机制 发送的信息遭到破坏后可自动重发 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能 报文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功能信息优先级信CAN总线的原理 一个由CAN总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制例如，当使用TJA1050作为CAN 收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。 CAN

11、总线的电气特征 物理介质， “显性” 和“隐性”CAN能够使用多种物理介质进行传输，例如：双绞线、光纤等。最常用的就是双绞线。信号使用差分电压传送，两条信号线被称为CAN_H和CAN_L，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑1也可以叫做“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑0，称为“显性”。 CAN总线的原理CAN总线的MAC帧结构 CAN总线的原理 典型系统实现方法节点控制器-S3C2410微处理器，CAN控制器-MCP2510、 MCP2515芯片，CAN收发器-TJA1050、 TJA1040芯片。CAN总线的原理CAN总线控制器MCP2510 支持标准格式和扩展格式的CAN

12、数据帧结构 0-8字节的有效数据长度，支持远程帧 最大1Mbps的可编程波特率 两个支持过滤器（Fliter、Mask）的接收缓冲区，三个发送缓冲区 支持回环（Loop Back）模式 SPI高速串行总线，最大5MHz（4.5V供电） 3V到5.5V供电CAN总线的原理名称 管脚 描述 实际接法 TXCAN 1 连接到 CAN 的发送输出引脚 接 TJA1050 的 TXD 引脚 RXCAN 2 连接到 CAN 的接收输入引脚 接 TJA1050 的 RXD 引脚 OCS2 8 振荡器输出 接 16MHZ 的晶振 OCS1 9 振荡器输入 接 16MHZ 的晶振 Vss 10 逻辑和 I/O

13、引脚的参考地端 接地 INT 13 中断输出引脚 接 EINT4 引脚 SCK 14 SPI 接口时钟输入引脚 接 CPU 的 SPCK 引脚 SI 16 SPI 接口数据输入引脚 接 CPU 的 MOSI 引脚 SO 17 SPI 接口输入输出引脚 接 CPU 的 MISO 脚 CS 18 SPI 接口片选输入引脚 接 CPU 的 GPH0 引脚 RESET 19 低电平有效，复位输入引脚 接 CPU 的 nRESET 引脚 VDD 20 逻辑和 I/O 引脚的正电源 接 5V 电压 MCP2510芯片CAN总线的原理芯片内部功能结构CAN总线的原理CAN模块原理图CAN总线的原理 MCP2

14、510的控制字 命令命令格式格式定义定义复位1100 0000设置内部寄存器为默认值，并设置MCP2510到配置状态读取0000 0011从选定的寄存器的地址开始读取数据写入0000 0010向选定的寄存器的地址开始写入数据发送请求1000 0nnn设置一个或者多个发送请求位，发送缓冲区中的数据读取状态1010 0000轮流检测发送或者接收的状态修改位0000 0101按位修改寄存器CAN总线的原理典型时序读取命令 CAN总线的原理典型时序单字节写入命令 CAN总线的原理 波特率的设置： 通过设置MCP2510中的CNF1、CNF2、CNF3三个寄存器，实现不同时钟下，CAN总线通讯的波特率的

15、设置。在本实验平台中，MCP2510的输入时钟为16MHz。 相位1与相位2以采样点分割CAN波特率波特率同步段同步段传输段传输段相位相位1相位相位2CNF1CNF2CNF3125Kpbs17440 x030 x9E0 x03250Kpbs17440 x010 x9E0 x03500Kpbs17440 x000 x9E0 x031Mbps13220 x000 x9E0 x03实验内容1、在驱动模块中添加write接口，实现can总线发送数据功能2、参考main.c程序，编写系统的应用程序，实现读取的功能。3、修改Mikefile文件，编译应用程序代码分析应用程序接口(API)驱动程序提供给用户

16、应用程序的接口 write,/发送 read,/接收 ioctl,/其他操作 open,/打开设备 release:,/关闭设备分析应用程序代码:代码分析驱动程序驱动程序实现: static struct file_operations s3c2410_fops = owner:THIS_MODULE,write: s3c2410_mcp2510_write,read: s3c2410_mcp2510_read,ioctl:s3c2410_mcp2510_ioctl,open: s3c2410_mcp2510_open,release:s3c2410_mcp2510_release, ;代码分

17、析MCP2510驱动框架代码分析 MCP2510的初始化： MCP2510的初始化如下步骤： 软件复位，进入配置模式 设置CAN总线波特率 关闭中断 设置ID过滤器 切换MCP2510到正常状态（Normal） 清空接受和发送缓冲区 开启接收缓冲区，开启中断（可选）代码分析代码分析 CanData数据结构 typedef struct unsigned int id;/CAN总线IDunsigned char data8;/CAN总线数据unsigned char dlc;/数据长度int IsExt; /是否是扩展帧int rxRTR;/是否是远程帧CanData, *PCanData;代码

18、分析MCP2510 Write操作1、在local处理器上关闭中断2、MCP2510片选ENABLE3、CAN总线单字节写入操作4、 MCP2510片选DISABLE5、 打开中断代码分析MCP2510 Write操作在local处理器上关闭/打开中断操作：local_irq_save(flags);local_irq_restore(flags);代码分析MCP2510 Write操作CAN总线单字节写入操作 1、SPI总线发送数据函数： SendSIOData()/一个封装函数 2、发送单字节写入命令：0 x10 3、发送写入的地址 4、发送写入的内容代码分析MCP2510 Read操作s

19、tatic unsigned char MCP2510_Read(int address)unsigned char result;int flags;local_irq_save(flags);MCP2510_Enable();SendSIOData(MCP2510INSTR_READ);/发送读命令SendSIOData(unsigned char)address);/发送读取数据的地址SendSIOData(0);result=ReadSIOData();MCP2510_Disable();local_irq_restore(flags);return result;Can总线发送流程

20、1、在s3c2410_fops结构中添加写接口 2、用户程序使用CanData数据结构给驱动模块传递参数3、从用户空间读取待发送的内容 4、将用户空间传递的数据加以解析 5、MCP2510通过SPI接口与处理器传递数据 Can总线发送流程通过CanData结构发送数据：(1) 申请CanData大小的空间char sendbuffersizeof(CanData)(2) 判断只操作CanData大小的数据结构的情况（其他数量的字节报错返回）(3) copy数据从用户空间到内核空间中(4) 调用CAN总线发送数据函数（注意数据类型）MCP2510_canWrite();实验内容1、在驱动模块中添

21、加write接口，实现can总线发送数据功能2、参考main.c程序，编写系统的应用程序，实现读取的功能。3、修改Mikefile文件，编译应用程序代码分析用户程序调用驱动程序static void CanSendString(char *pstr) CanData data; int len=strlen(pstr); memset(&data,0,sizeof(CanData); data.id=0 x123; data.dlc=8; for(;lenMAX_CANDATALEN; len-=MAX_CANDATALEN) memcpy(data.data, pstr, 8);if

22、(write(can_fd,&data,sizeof(data)0) printf(write error!n); return ; pstr+=8; data.dlc=len; memcpy(data.data, pstr, len);if(write(can_fd,&data,sizeof(data)0) printf(write error!n); return ; 代码分析接收缓冲区数据结构typedef struct CanData MCP2510_CandataMCP2510_CanRevBuffer;/recieve data bufferint nCanRevp

23、os; /recieve buffer pos for queued eventsint nCanReadpos; /read buffer pos for queued eventsint loopbackmode;wait_queue_head_t wq;spinlock_t lock;Mcp2510_DEV;代码分析ioctl实现应用程序与驱动程序通信s3c2410_mcp2510_ioctl：UPCAN_IOCTRL_SETBANDUPCAN_IOCTRL_SETIDUPCAN_IOCTRL_SETLPBKUPCAN_IOCTRL_SETFILTERUPCAN_IOCTRL_PRINT

24、RIGISTER代码代码代码分析ioctl实现应用程序与驱动程序通信应用程序中调用ioctl方法实现参数传递：ioctl(can_fd, UPCAN_IOCTRL_PRINTRIGISTER, NULL);ioctl(can_fd, UPCAN_IOCTRL_SETID, id);#ifdef DEBUGioctl(can_fd, UPCAN_IOCTRL_SETLPBK, 1);#endif实验修改应用程序，实现两台CAN总线之间数据的收发S3C2410 x的I/O设置控制GPIO的控制寄存器： 包括：GPACON-GPHCON s3c2410的很多管脚都是复用的因此需要设置相应的控制寄存器

25、，来决定管脚的用途；GPxCON/端口配置寄存器GPxDAT/端口数据寄存器GPxUP/端口上拉控制寄存器S3C2410 x的I/O设置设置说明: 1、因为PORTA只用于输出，所以对应的控制寄存器只有,GPACON和GPADAT 2、另外还有一些端口设置寄存器： MISCCR /这个寄存器里包含了USB、时钟输出、上拉控制寄存器使能等多个控制位；比较复杂 EXTINTNx/控制外部中断输入请求的方式包括：高、低电平中断方式，上、下降沿中断方式和边沿中断方式； EINTMASK/外部中断屏蔽控制寄存器 EINTPENDx/还未知它是做什么用的（好象是未决什么的） GSTATUSx/普通io状态

26、寄存器访问linux的外部IO设备 CPU对外设IO端口物理地址的编址方式有两种： 一种是I/O映射方式（I/Omapped） 一种是内存映射方式（Memorymapped）。 访问I/O内存资源 映射I/O内存资源 读写I/O内存资源 注:关于linux的I/O管理内容很多,如果要详细讲解,请参考linux操作系统的教程访问linux的外部IO设备映射I/O内存资源 Linux在io.h头文件中声明了函数ioremap（），用来将I/O内存资源的物理地址映射到核心虚地址空间（3G4G） ioremap函数 /完成物理地址到内核虚拟地址的映射 iounmap函数 /取消映射访问linux的外部IO设备