Small RTOS51 下CAN总线数据收发实现

1 CAN总线简介

现场总线技术FCS（Fieldbus Control System）成为当今工业自动化技术发展的热点，德国Bosch公司的CAN（1Mbit/s）是国际标准之一，也是Controller Area Network 的应用标准。它属于现场总线范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性、及独特设计，CAN总线已成为目前国外最普及和实时性最高的现场总线。CAN总线在可靠性和实时性方面远远优于RS-485等工业现线CAN总线主要有下列特征：

1. 数据信号采用差分电压传输，两条信号线”CAN_H”和” CAN_L”。

2. 传输介质可用双绞线、同轴电缆或光纤，具有较强的抗干扰能力。直接通信距离最大可达10km(速率小于5kbit/s)，最高通信速率可达1Mbit/s(此时距离最长为40m)。

3. 节点不分主从，节点任意时刻可向其他节点发送信息，依据优先权进行总线访问，满足不同的实时要求。

4. 采用非破坏性基于优先权总线仲裁技术。

5. 采用短帧结构，每帧为8bit，保证了数据出错率低。

6. 可以点对点、点对多点及全局广播方式传送接收数据。

7. 发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送。
2  Small RTOS51简介

Small RTOS51 是一个用于8051系列单片机的多任务实时操作系统。8051系列单片机一般只有很少的ROM和RAM资源，如P89C51只有4KB Flash和128字节RAM。一般的实时操作系统如RTX Tiny 虽然小，但是任务没有优先级和中断管理，也无源代码，而uc/os-II规模太大，需要大量外部RAM。基于此，Small RTOS51是专为51 单片机编写嵌入式操作系统，它使用了RTX51 Tiny 的堆栈管理机制，并像uc/os-II一样是抢占式的。

3 一个典型的CAN节点

3.1.CAN总线接口的结构

一个CAN总线接口有3 部分组成，如图（a）所示，它们分别对应于CAN总线的物理层、数据链路层和应用层。

最上层为微控制器，主要负责上层应用以及系统控制，包括CAN协议的应用层协议的实现，协调各系统设备的工作。（本设计采用的MCU是8051）

中间层为CAN控制器，CAN控制器负责处理数据帧，完成数据的打包、解包，错误界定，并提供报文缓冲和传输滤波。（本设计采用的CAN总线控制器是Philips公司生产SJA1000）

最底层为CAN收发器，主要是接口电平的转换，接口电器特性的处理。（本设计采用82C250）
  
（a）CAN接口结构



3.2.节点电路设计

（1）SJA1000与单片机接口电路


  
（b）SJA1000与单片机接口电路

SJA1000 的AD0-AD7与单片机的数据总线相连，地址A17作为SJA1000的片选使能端，由ALE、WR、RD控制SJA1000 数据的发送和接收。注意SJA1000复位端的连接，单片机是高电平复位，而SJA1000是低电平复位，因此复位信号要通过一个反相器与SJA1000复位端相连。另外SJA1000的11脚MODE接高电平，选择Intel二分频模式 。SJA1000的16脚时中断信号输出，在中断允许情况下，有中断发生时，16脚出现有高电平到低电平的跳变。因此16脚可以直接与单片机的外部中断输入脚相连接。

SJA1000的ODE引脚可选择接口模式：

◆Intel模式  MODE高

◆M0torola模式  MODE低

[p] （2）节点前端物理接口电路的设计



（c）节点前端物理接口电路的设计

使用SJA1000 CAN总线控制器可完成CAN总线通信任务，但它的驱动能力不够，因此外接82C250总线驱动芯片。82C250是CAN控制器和物理总线间的接口。之所以选择82C250芯片是因为其具有高速性（最高可达1Mbit/s），具有抗瞬间干扰保护总线的能力。具有降低射频干扰的斜率控制。此外，它可以与110 个节点相连，防止电池与地之间发生短路，当某一个节点掉电时，不会影响总线。

（3）设计电路注意的问题

◆SJA1000通过光耦与82C250的连接是光电隔离的接法。这样可以防止线路间的串扰。在总线两端要接2 个120欧姆的总线阻抗匹配电阻。忽略掉它们会降低总线的抗干扰能力，甚至导致无法通信。

◆SJA1000的TX1脚悬空，RX1引脚的电位必须维持在0.5vcc以上，否则将不能行成CAN协议所要求的电平逻辑。

◆光耦6N137的输入端2，3脚的信号输入极性要与光耦的输出极性相同，如果电路设计时极性相反，也可以通过软件编程改变SJA1000的数据输出极性，从而使单片机的输出数据与82C250中数据的极性一致。

4 在Small RTOS 下CAN节点的数据接收与发送实例

下面将通过一个简单的实例（需要配置Small RTOS51操作系统）来介绍在Small RTOS 下CAN节点的数据接收与发送过程。实例使用两个CAN节点组成CAN网络，实现的功能是，每隔一定的定时周期发送一帧数据，同时接收CAN数据，并将接收的CAN数据发送到CAN总线上。LED将显示收到的数据帧的头两个字节。

（1）实例部分代码实现

void main(void)
{
CpuInit(); //微控制器初始化
UserTickTimer(void)；//系统时钟节拍的初始化
OSStart();//启动small rtos操作系统
SendData()；//发送数据任务
{ unsigned char data status;
unsigned char i;
unsigned char xdata *p =&CAN1_SJA_BaseAdr+REG_CAN_SR  ;
unsigned char xdata *p1;
status=SJAInit();//初始化can控制器
if(status!=0){
  OSSendSignal(2); //唤醒错误处理任务
}
P_SJAFrameStructApp  =(P_SJAFrameStruct )&BufCan2[0];
IT0 =0;//电平触发模式
EX0=1;//使能CAN中断
BufCan2[0]=0x88;
P_SJAFrameStructApp->FrameID=0x11111111;
while(1)
{
  OSWait(K_TMO,2);//系统等待函数，每两个时钟周期发送一次数据
P_SJAFrameStructApp->FrameID++;
  p1=(unsigned char xdata *)&P_SJAFrameStructApp->FrameID;
  for(i=0;i<4;i++)  //发送测试数据
  BufCan2[1+i] =*(p1+i);// 0x55;
  for(i=0;i<4;i++)
  BufCan2[5+i] =*(p1+i);// 0x55;
  for(i=0;i<4;i++)
  BufCan2[9+i] =*(p1+i);// 0x55;
  status=SJASendData(BufCan2,0x10);//向CAN总线发送数据，所发送数据的首地址是BufCan2
if(status!=0)  //表示发送数据错误
OSSendSignal(2);唤醒错误处理任务
}
}
void DisPlay(void)
{
while(1){
OSWait(K_TMO,1);
ShowLED(); // led显示处理
  }
}
Error()；// 错误信息处理任务
}
(2) 测试结果：

如果运行正确：数码管会显示依次加1的数值，否则：数码管会显示E-xx的错误代码

5 结束语

CAN自其诞生以来，以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐，CAN已经广泛用于汽车、火车、轮船、机器人、智能楼宇、机械制造、数控机床、纺织机械、医疗器械、农用机械、液压传动、消防管理、传感器、自动化仪表等领域。目前支持CAN协议的有Intel,Motorola,Philips,Siemens,NEC,Silioni,Honeywell等百余家国际著名大公司。因此CAN成为许多人学习的热点，本文对读者了解CAN总线节点的设计以及CAN总线对数据的接收和发送原理有很大的帮助。

本文作者创新点是实现了在实时操作系统Small RTOS51下CAN总线上数据的接收与发送，用一个简单的实例来说明了CAN总线的接收、发送原理。