嵌入式Win CE中CAN總線控制器的驅動設計與實現

嵌入式Win CE中CAN總線控制器的驅動設計與實現

秩名 發表於 2012-05-17 10:18:10

　　0 引 言

　　近年來，由於消費電子、計算機、通信（3C）一體化趨勢日趨明顯，嵌入式系統再度成為研究和應用的熱點。嵌入式作業系統（Real-time Embedded OperatingSystem，RTOS或EOS）作為一種實時的、支持嵌入式系統應用的作業系統軟體，成為嵌入式系統（包括硬、軟體系統）極為重要的組成部分，通常包括與硬體相關的底層驅動軟體、系統內核、設備驅動接口、通信協議、圖形界面、標準化瀏覽器Browser等。Windows CE作業系統就是微軟公司從整體上為有限資源平臺設計的多線程、完整優先權、多任務的作業系統。Win CE支持各種處理器產品家族，包括x86，Xscale，ARM，MIPS和SH系列。它的模塊化設計允許它對從掌上電腦到專用工業控制器的用戶電子設備進行定製，選擇系統模塊和組件的多少決定了所需內存的大小。

　　Windows CE作業系統之所以能夠支持各種各樣的硬體設備，是因為對每一款硬體設備，都有其對應的設備驅動程序，否則這款硬體就無法在Windows CE下正常工作。Win CE提供了4種設備模型，其中2種是專門用於Win CE的模型，另外2種外部模型來自其他的作業系統。基於Win CE的兩種模型是本機的設備驅動程序和流接口的驅動程序；兩種外部模型用於通用串行總線（USB）和網絡驅動器接口標準（NDIS）驅動程序。下面針對Win CE系統下基於三星公司的ARM9內核晶片S3C2410的CAN總線控制器SJA1000，以流接口驅動程序形式進行設計。

　　1 CAN總線及控制器工作原理

　　控制器區域網CAN是由ISO定義的串行通信總線，主要用於各種過程檢測及控制。它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1 Mb／s。CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗餘檢驗、優先級判別等項工作。它的基本設計規範要求有高位速率和高抗電磁幹擾性，而且能夠檢測出產生的任何錯誤。由於CAN串行通信總線具有這些特性，它很自然的在汽車製造業以及航空工業中受到廣泛應用。

　　SJA1000是一種獨立控制器用於移動目標和一般工業環境中的區域網絡控制（CAN）。它是Philips半導體公司的PCA82C200 CAN控制器（BasicCAN）的替代產品。而且它增加了一種新的工作模式（PeliCAN），這種模式支持具有很多新特性的CAN2.0B協議。其內部體系結構如下圖1所示。

　　

　　CAN核心模塊控制CAN幀的發送和接收。接口管理邏輯負責連接外部主控制器，該控制器可以是衛星控制器件或任何其他器件。經過SJA1000復用的地址／數據總線訪問寄存器和控制讀／寫選通信號都在這處理。SJA1000的發送緩衝器能夠存儲一個完整的報文（擴展或標準的）。當主控制器初始化發送，接口管理邏輯會使CAN核心模塊從發送緩衝器讀CAN報文。當收到一個報文時，CAN核心模塊將串行位流轉換成用於驗收濾波器的並行數據。通過這個可編程的濾波器，SJA1000能確定主控制器要接收哪些報文。所有收到的報文由驗收濾波器驗收並存儲在接收FIFO。儲存報文的多少由工作模式決定，最多能存儲32個報文。

　　2流接口驅動程序工作機制

　　相比於本機設備驅動程序，流接口驅動程序表現為一個動態連結庫，由設備管理器統一加載、管理和卸載。與具有單獨目的的內部設備驅動程序相比，所有的流接口驅動程序都是用同一組接口並調用同一個函數集——流接口函數。Win CE的文件系統通過這些人口點函數與流接口驅動進行通信，從而達到應用程式訪問驅動程序、操作硬體的目的。流接口驅動程序要實現的DLL接口見表1。

　　

　　在實際的開發中，上述接口名稱中的XXX三個字母被具體設備的設備文件名所代替。流接口驅動程序通過編譯後，生成DLL文件，即動態連結庫文件。

　　3 CAN總線控制器SJA1000驅動程序設計

　　CAN總線控制器SJA1000驅動採用流接口驅動程序模型，要實現的流接口函數分別為CAN_Init，CAN_Deinit，CAN_Open，CAN_Close，CAN_Read，CAN_Wfite，CAN_IOControl等。應用程式使用CreatFile（）函數以文件的方式打開CAN控制器驅動，以獲取驅動文件的句柄，然後使用該句柄調用DeviceloControl（），ReadFile（），WriteFile（）函數來CAN控制器的各種功能。

　　由於篇幅有限，下面僅針對CAN_Init，CAN_Read和CAN_IntrThread函數的實現進行詳細的設計。

　　3.1 CAN_Init函數的設計實現

　　當用戶開始使用CAN總線控制器時，設備管理器調用這個函數來初始化控制器設備SJA1000。這個函數是通過設備管理器提供的ActiveDeviceEx（）函數來調用的。函數執行後，如果成功就返回設備的句柄。CAN_Init函數的流程如圖2所示。

　　

　　3.2 CAN_Read函數的設計實現

　　根據CAN協議規範，報文的接收由CAN控制器SJA1000獨立完成，收到的報文放在接收緩衝器。可以發送給主控制器的報文由狀態寄存器的接收緩衝器狀態標誌「RBS「和接收中斷標誌「RI」標出（如果使能）。主控制器會將這條信息發送到本地的報文存儲器，然後釋放接收緩衝器並對報文操作。發送過程能被SJA1000的中斷請求或查詢SJA1000的控制段狀態標誌來控制。CAN_Read函數操作成功則返回實際讀取的字節數，否則返回值為-1。CAN_Read函數程序的流程圖如圖3所示。

　　

　　3.3 CAN_IntrThread函數的設計實現

　　在SJA1000控制器中，報文的發送和接收是採用中斷方式來完成的。內核函數InterruptInitialize（）外部中斷事件和將邏輯中斷號綁定，這一步就會使能該中斷。當該中斷發生時，ISR就觸發該事件生效。完成以上工作後，驅動程序中的IST就可以使用WaitForSingleObject（）函數等待中斷的發生。中斷處理結束後，IST需要調用InterruptDone（）告訴作業系統中斷處理結束。中斷服務線程CAN_IntrThread函數程序流程圖如圖4所示。

　　

　　其他的流接口函數根據Win CE流接口驅動程序模型進行編寫。

　　4驅動程序的封裝及加載

　　通過上面的工作，能夠編譯得到一個DLL函數，但它的接口函數還沒有導出，還需要告訴連結程序需要輸出什麼樣的函數。為此，必須建立一個def文件，使用Windows下自帶的記事本程序編輯一個文件名為「can.def」的文件：

　　

　　然後修改Platform Builder的工程下的.reg文件，添加以下的代碼：

　　

　　最後需要編寫自己的CEC文件。主要是添加一個Build Method，任務是複製註冊表到Win CE的系統目錄下面。加一個bib File，其主要功能是把編譯的can.dll文件添加到系統內核中去。保存寫好的CEC文件，在Platform Builder中添加CEC特徵到系統選項中去。生成系統時，添加自己的CEC特性，可以包含剛編寫的can驅動程序。

　　5結 語

　　介紹了CAN總線及其控制器SJA1000的工作原理，並給出了SJA1000在Win CE下的流驅動程序部分函數的程序流程圖。通過對CAN總線控制器SJA1000流驅動程序的設計，加深了對Win CE下流接口驅動程序開發的理解，為進一步開發嵌入式Win CE作業系統系統下CAN總線設備提供了一個良好的底層硬體驅動支持，並且對以後開發基於Win CE下的其他設備驅動程序有較強的參考價值。

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