利用MCP2515的多路CAN总线接口及驱动程序设计

利用MCP2515的多路CAN总线接口及驱动程序设计

引言

1  系统结构

1.1  芯片介绍系统

1.2  系统硬件接口

图1是9200与MCP2515的接口原理框图，通过9200的SPI接口，连接了5个MCP2515。由于9200的SPI从设备片选线数量有限，故采用片选译码方式，NPCS0可作为普通的外部中断线使用（NPCS0与IRQ5复用引脚）。由于9200的外部中断线资源有限，故采用中断线共享的方式，即分别有两个MCP2515共享同一中断线，最后一个MCP2515独占一条中断线，以满足不同通信速率下数据处理的需要。

2  SPI主机的工作方式

9200通过SPI接口与5个MCP2515进行通信，9200的SPI控制器工作在主机模式，MCP2515工作在从机模式。MCP2515支持多个指令（如复位指令、读指令、写指令等），以便于9200通过SPI接口对MCP2515的内部寄存器进行读/写操作。9200 SPI控制器作为主机时工作模式流程如图3所示[1]。

需要注意的是，SPI使能后，只有在SPI_TDR（发送数据寄存器）中有数据时，才会根据片选配置（固定外设或可变外设）使能相应片选；而SPI_TDR中无数据时，则片选自动禁用。因此，9200向MCP2515连续发送多个字节时，要保证在前一个字节传输完毕前，后一个字节就被写入到SPI_TDR中，以避免片选被自动禁用；同时，在传输完每一个字节后，还要读取SPI_RDR（接收数据寄存器）。

下面以MCP2515的读指令为例，说明图4所示的驱动程序完成一次读指令操作（只读一个字节数据）的过程，并假设9200 SPI采用固定外设的片选配置方式。其他指令的软件实现流程与读指令类似。

3  驱动程序设计

3.1  驱动程序中定义的主要数据结构

CAN总线通信是基于报文帧的，在驱动程序中，无论发送数据还是接收数据都是基于报文帧的操作[4]，因此需要设计合适的数据结构以满足数据操作的需要。

3.1.1接收与发送CAN报文帧结构体

其中，node_num为MCP2515的节点号（0～4），id为CAN报文帧的标识符，dlc为数据长度（0～8），data为CAN报文帧的数据缓冲区，ext_flag用于标识CAN报文帧是否为扩展帧，rtr_flag用于标识CAN报文帧是否为远程帧。

3.1.2  设备配置结构体

（1）  波特率和报文滤波配置结构体

其中，node_num为MCP2515的节点号（0～4），baudrate为CAN总线通信速率，filter为报文滤波配置结构，br_flag用于标识波特率配置是否有效，fi_flag用于标识报文滤波配置是否有效。 baudrate和filter的数据结构类型定义如下：

typedef enum {　　　　_125kbps,　　　　_250kbps,　　　　_500kbps,　　　　_1Mbps　　} CanBaudRate;　　typedef struct{　　　　unsigned int mask_0;　　　　unsigned int mask_1;　　　　unsigned int filter_0;　　　　unsigned int filter_1;　　　　unsigned int filter_2;　　　　unsigned int filter_3;　　　　unsigned int filter_4;　　　　unsigned int filter_5;　　}CanFilter;

（2）  工作模式配置结构体

typedef struct{　　　　unsigned char node_num;　　　　unsigned char oper_mode;　　} CanDevMode;

其中，node_num意义同上，oper_mode表示该节点的工作模式。MCP2515共有5种工作模式，分别是配置模式、休眠模式、仅监听模式、回环模式和正常模式。一般设备都工作在正常模式。

3.1.3  环形数据接收缓冲区结构体

其中，can_recv_buf为接收CAN报文帧环形数据缓冲区，recv_pos和read_pos分别表示数据存入和读出缓冲区的位置；wq定义的是一个等待队列，用于实现阻塞型read操作。

3.2  驱动程序接口

3.2.1  初始化与退出函数

在安装驱动程序时，操作系统会调用初始化函数进行设备注册、设备初始化以及安装中断处理例程等操作。参考文献[3]详细论述了设备注册的方法，而这里主要讨论设备初始化时的配置方法。在本驱动程序中，设备初始化分两步:一是对9200的SPI控制器初始化，二是对5个MCP2515初始化。

在卸载设备驱动程序时会调用退出函数，退出函数主要完成设备的注销和中断释放。

参考文献[3]详细论述了中断处理例程的安装、设备注销和中断释放的方法，此处不再详述。

3.2.2  中断接收服务例程

MCP2515收到CAN报文帧后，产生中断并将INT引脚置低。9200响应外部中断，并调用和外部中断相对应的中断处理例程。中断处理例程共有3个： at91_mcp2515_irq_handler_0响应IRQ0的中断，at91_mcp2515_irq_handler_1_2响应IRQ1的中断，at91_mcp2515_irq_handler_3_4响应IRQ2的中断。其中IRQ0只和一个MCP2515相连，而IRQ1和IRQ2分别被两个MCP2515所共享。IRQ0和IRQ1的中断处理流程分别如图5和图6所示，IRQ2与IRQ1的中断处理流程相同。

需要注意的是，在图5的处理流程中并没有清中断操作。这是因为采用了RX读缓冲区指令读取MCP2515 RX缓冲区中的数据。该指令操作结束后，MCP2515会自动清除相应的接收中断标志位。

3.2.3  文件系统接口定义

static struct file_operations at91_mcp2515_fops = {　　　　owner: THIS_MODULE,　　　　write: at91_mcp2515_write,　　　　read:at91_mcp2515_read,　　　　ioctl: at91_mcp2515_ioctl,　　　　open: at91_mcp2515_open,　　　　release:at91_mcp2515_release,　　};

3.2.4  ioctl函数

ioctl函数用于对设备进行配置。我们在ioctl函数中实现了两个命令： IOCTRL_CONFIG_CAN_DEV用于配置节点的CAN总线波特率和报文滤波，IOCTRL_SET_OPER_MODE用于配置节点的工作模式。这两种配置命令所对应的配置参数都是指向应用层相应数据结构的指针，两个配置结构在3.1.2小节已经介绍过了。

用IOCTRL_CONFIG_CAN_DEV命令配置波特率和报文滤波时，在配置完成后，如果节点处于INACTIVE状态，则需要使能节点内部的接收中断，使能节点所对应的外部中断，并将节点状态设置为ACTIVE。在通常情况下，通过ioctl函数对需要配置的节点执行完IOCTRL_CONFIG_CAN_DEV命令后，还要再对配置过的节点执行IOCTRL_SET_OPER_MODE命令，使节点处于正常的工作模式。

3.2.5  关于竞争问题

结语

版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。