基于ARM的CANBUS场总线节点设计

论文摘要

控制器局域网CAN（Controller Area Network）是德国BOSCH公司在80年代初,为解决现代汽车内部众多的控制与测试仪器直接数据交换而开发的一种串行通信协议。现已向过程工业、纺织工业、机器人、数控机床、传感器等多个领域发展,并被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN总线节点一般以51单片机为核心扩展外围电路实现其功能,节点功能有限,在复杂系统中控制困难,安全性差,有诸多弊端。本论文所述研究课题针对传统CAN节点处理能力和资源的局限性,提出了一种基于高性能处理器ARM芯片的CAN节点设计方法,在基于S3C44B0X微处理器的控制电路上开发了CAN总线节点通信接口,并得到成功应用。S3C44B0X是Samsung公司一款基于ARM7TDMI核的32位RISC微处理器,它具有较丰富的片上资源,适合嵌入式产品的开发,为一般类型的应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。S3C44B0X内置了同步串行口模块,本设计通过其SIO模块编程实现SPI接口协议,从而可以驱动Microchip公司的CAN控制器芯片MCP2510,实现CAN总线通讯,解决了以S3C44B0X为核心的嵌入式系统中如何利用CAN总线进行通信的问题。同时本设计给出了相关硬件电路设计的说明以及软件编程实现的主要思想和关键流程。在实现了CAN最小节点系统以后,又设计分析了CAN转RS-232、CAN转RS-485的硬件电路,软件编程实现了协议的转换。最后CAN节点组成局域网,实现了节点间数据的传输。此外本文还从理论角度讨论了数据融合、应用层协议、CAN总.线通信的实时性方案的问题,为后续的工作作了理论研究。在实际应用中,证明该系统结构合理、性能可靠,提高了单个节点的处理能力,并且具有操作简单,响应速度快,成本低等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 相关领域的研究进展及成果
• 1.3 本课题研究的技术路线及实际意义
• 1.4 本文研究的主要内容和组织结构
• 第二章 CAN总线通信协议
• 2.1 CAN节点的层结构
• 2.2 报文传输及其帧结构
• 2.2.1 报文传输
• 2.2.2 帧格式
• 2.3 报文滤波
• 2.4 报文校验
• 2.5 位定时与同步
• 2.5.1 位定时
• 2.5.2 同步
• 2.6 错误处理和故障界定
• 2.6.1 错误检测
• 2.6.2 错误标定
• 2.6.3 故障界定
• 2.7 本章小结
• 第三章 CAN节点最小系统的组成
• 3.1 CAN最小系统组成概述
• 3.2 CAN通信节点硬件设计
• 3.2.1 ARM7处理器
• 3.2.2 CAN控制器芯片MCP2510芯片
• 3.2.3 CAN收发器芯片PCA82C250
• 3.2.4 光耦合器6N137
• 3.2.5 硬件电路设计
• 3.3 CAN通信节点软件设计
• 3.3.1 SIO接口软件设计
• 3.3.2 CAN节点收发程序设计
• 3.3.3 中断
• 3.4 开发调试
• 3.4.1 开发调试模式
• 3.4.2 调试设置及辅助工具
• 3.4.2 调试结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 CAN协议与其它协议转换的设计实现
• 4.1 CAN协议转RS-232协议
• 4.1.1 CAN转RS-232硬件电路设计
• 4.1.2 CAN转RS-232软件设计
• 4.2 CAN协议转RS-485协议
• 4.2.1 CAN转RS-485硬件电路设计
• 4.2.2 CAN转RS-485软件设计
• 4.3 数据融合分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 CAN节点构成网络系统
• 5.1 CAN总线的网络拓扑结构及通信方式
• 5.1.1 CAN总线的网络拓扑结构
• 5.1.2 CAN总线系统的通信方式
• 5.2 组网及网络通信测试
• 5.3 应用层协议
• 5.4 CAN实时性解决方案
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一