智能傳感器的CAN總線接口設計
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4 CAN應用層協(xié)議
智能接口利用SoC內(nèi)嵌的CAN協(xié)議控制器外加CAN驅(qū)動器，實現(xiàn)CAN報文的收發(fā)，系統(tǒng)構成如圖3所示。內(nèi)嵌的Silicon Labs CAN協(xié)議控制器，符合Bosch規(guī)范2．0A(基本CAN)和2．0B(全功能CAN)。該CAN控制器包含一個CAN控制器核、消息RAM(獨立于CIP-51的RAM)、消息處理器和控制寄存器；由于該協(xié)議控制器不提供物理層的驅(qū)動，為此，外接了一個CAN收發(fā)器CTM8251T，將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/161549.htm
為實現(xiàn)傳感器的即插即用，需對收發(fā)的CAN報文內(nèi)容與格式進行一定的約定，即在CAN應用層上制定相應的協(xié)議，以保證測控系統(tǒng)的即插即用。
4．1 發(fā)送報文的協(xié)議
由圖3可見，該SoC內(nèi)嵌的消息RAM可保存32個消息對象。協(xié)議將其中的3個消息對象配置為下面介紹的發(fā)送消息對象。
4．1．1 發(fā)送電子數(shù)據(jù)表單
傳感器初次接人系統(tǒng)時，須首先向主機申請加入——申請從機ID標識。申請辦法是：傳感器一接入系統(tǒng)，立即發(fā)送其第1條消息對象，發(fā)送的報文為一數(shù)據(jù)幀，其仲裁域的ID是系統(tǒng)特別約定的“申請ID”。約定：系統(tǒng)中僅主機對申請ID作出反應，即通過讀取該數(shù)據(jù)幀的8字節(jié)數(shù)據(jù)(該傳感器的電子數(shù)據(jù)表單——TEDs)，了解該傳感器的類型、特性、編號、物理量綱及數(shù)據(jù)特征。主機比較／記錄該數(shù)據(jù)項，并根據(jù)其TEDs中類型、特性項，結合系統(tǒng)要求，確定其諸如采樣方式、采樣周期、是否數(shù)字濾波、濾波方式、數(shù)據(jù)區(qū)長度等，并分配給其相應的從機“標識ID”和啟動A／D轉(zhuǎn)換的“啟動ID”。傳感器TEDs中的編號項，用于區(qū)分系統(tǒng)中類型、特性相同的傳感器；物理量綱項，用于告知主機該傳感器所傳數(shù)據(jù)的實際物理單位，也表征了該被測物理量數(shù)值的實際大??；數(shù)據(jù)特征項，用于表征所傳16位數(shù)據(jù)的特征(BCD碼、二進制整數(shù)、二進制小數(shù)、小數(shù)點位置等)。
申請ID，一般可約定采用CAN系統(tǒng)優(yōu)先級較低的ID，確定后，系統(tǒng)主機將不再將此ID分配給任何CAN節(jié)點。
4．1．2 發(fā)送配置／管理申請
傳感器可獲得主機分配的2個從機標識ID，分別為“標識1ID”和“標識0ID”。用標識1ID配置第2條發(fā)送消息對象，該消息對象將成為與主機交互的發(fā)送接口，用于向主機申請各種各樣的配置／管理要求。但當傳感器由于某些原因需要重新接入系統(tǒng)時，仍需用第1條發(fā)送消息對象向主機申請加入。
4．1．3 發(fā)送數(shù)據(jù)
由于物理接口方面的原因，目前CAN網(wǎng)絡的規(guī)模大約在110個節(jié)點左右，即使BasicCAN也有11位的ID標識，所能標識的節(jié)點數(shù)遠超當前所能使用的節(jié)點數(shù)，只是11位ID的最低3位不參與報文濾波。為此，規(guī)定：主機分配給節(jié)點的兩個從機標識ID，其前10位相同，最低位為1即標識1 ID，用于配置第2條發(fā)送消息對象，該消息對象為與主機進行常規(guī)交互的發(fā)送接口，如上所述；最低位為0即從機標識0ID，用于配置第3條發(fā)送消息對象，該消息對象用于上傳節(jié)點數(shù)據(jù)。
4．2 接收報文的協(xié)議
協(xié)議要求配置3個接收消息對象，作用分別為：
①濾波接收用本節(jié)點“申請ID”發(fā)來的數(shù)據(jù)幀。傳感器接入系統(tǒng)后，首先用申請ID發(fā)送傳感器電子數(shù)據(jù)表單，主機用同樣的ID回復一數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀包含有分配給傳感器的標識ID、啟動ADC的啟動ID及對該節(jié)點的基本配置要求。CAN控制器配置的第1條接收消息對象，即用來濾波接收該數(shù)據(jù)幀。
②濾波接收用本節(jié)點“標識ID”發(fā)來的數(shù)據(jù)幀。當需要對傳感器進一步進行配置管理時，用第2條發(fā)送消息對象，向主機發(fā)送配置／管理申請，主機將使用相同的ID(該從機的標識ID)，回復對其的配置／管理指令(位于該報文數(shù)據(jù)域)。為此，需配置第2條接收消息對象，濾波接收用本從機標識ID發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。
③濾波接收用本節(jié)點“啟動ID”發(fā)來的數(shù)據(jù)幀。用啟動ID配置第3條接收消息對象，即該消息對象能實現(xiàn)對該“啟動ID”的濾波。
結語
基于SOC技術的C8051F041的使用，極大地簡化了系統(tǒng)構成，最大限度地減小了接口板的尺寸，使其更易于嵌入傳感器中。由MCU控制的信號調(diào)理、零點校準及信息的定標轉(zhuǎn)換，使傳感器成為CAN總線上的一個智能節(jié)點，從而可充分利用CAN總線的各種技術優(yōu)勢。再通過設計一套比較完備的應用層協(xié)議，最終實現(xiàn)了傳感器的即插即用。
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