2018年02月27日 | 基于嵌入式WinCE设备与LPC935单片机CAN通信设计

    随着信息技术的不断发展，嵌入式WinCE在工业控制领域中的应用越来越广泛。主要作为上位机的操作系统。LPC935单片机作为一款工业级的单片机芯片，广泛应用于各种工控设备。在许多复杂的应用场合，一个LPC935单片机是不可能满足需要的，需要多片LPC935单片机协同工作。此时，怎样实现多片LPC935单片机的通信就成为了设计的关键。以基于嵌入式WinCE设备为核心，代替传统的PC机，搭建CAN通信系统。结合嵌入式、单片机、网络通信技术的优点，将各个独立系统复杂的通信协议、数据格式进行统一的转化，实现系统之间的相互通信。将嵌入式WinCE与单片机结合起来将具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

    1.硬件平台

    1)嵌入式WinCE采用周立功的TIPC-700作为硬件平台，主要的硬件资源有S3C2440A处理器，1路带隔离的CAN-bus接口;1路10/100M以太网接口;2个RS-232C串口等。根据核心硬件的要求，定制了所需的WinCE系统内核。在Visual Studio2005集成开发环境中编写应用程序。

    2)LPC935单片机是一款单片封装的微控制器，使用低成本的封装形式。它采用了高性能的处理器的处理结构，指令执行时间只需要2到4个时钟周期。6倍于标准80C51器件。它具有集成度高、外围设备丰富，2个4路输入的8位A/D转换器/DAC输出、2个模拟比较器、2个16位定时/.计数器和一个23位系统定时器、增强型UART和SPI通信端口。LPC935集成了许多系统级的功能，大大减少了元件的数目与电路板面积并降低系统的成本。所以在很多领域得到了广泛的应用。

    3)通过USB建立TIPC-700与PC机的ActiveSync连接，嵌入式WinCE与LPC935通过带隔离的CAN-bus接口进行通信。

    4)每块分板控制4个比色池，每个比色池上有3个检测通道，每块分板可以进行12通道检测，但是每个比色池一次只用使用一个通道进行检测，因此每块分板每次可以同时进行4通道检测，4块分板可以同时进行16通道检测，从而达到了多通道检测的目的，后面的通信协议正是基于此而设计的。

    2.嵌入式WinCE平台定制

    WinCE是一个32位、多线程、多任务的操作系统，采用了独立于通常的程序设计语言并且和Windows兼容的API的方式。WinCE有良好的通信能力、相当出色的图形用户界面。WinCE操作系统分为硬件层、OEM适配层、操作系统层、应用支持库、应用开发层、应用集成层。各层之间只能单向依赖或单向调用。从而使功能模块之间的调用关系更加清晰。为了使系统具有更好的可扩展性和更清晰的结构，WinCE系统往往需要定制。

    WinCE提供了一个工具PB(PlatformBuilder)，是WinCE的主要集成开发环境，通过这个工具可以方便地根据不同的硬件，定制、裁剪出符合不同设计要求的WinCE操作系统。完整的WinCE操作系统包括以下内容：Bootloader、CPU初始化代码、驱动程序(键盘、鼠标、声卡、显卡、IDE、COM、USB)、用户界面接口、完成特定功能的应用程序。

    3.底板CAN设计

    底板采用的是主控芯片是LPC935,是一类自身并不能带有在片CAN的微控制器。但是它带有SPI接口，设计中就是用SPI接口加独立的CAN控制器(MCP2515)来实现CAN的功能。MCP2515作为CAN控制器，是一种独立的控制器，主要用于一般工业环境中的局域网络控制，完全支持CAN总线V2.0A/B技术规范。CAN收发器采用了TJA1050T,可以同时操作多个CAN网络，提供高达1Mb/s的传输速率。同时采用光电隔离提高系统的稳定性。用以实现底板与嵌入式WinCE设备的通信。

    4.CAN通信协议设计

    为了让嵌入式WinCE和多块LPC935单片机进行通信，关键是要有一个好的通信协议。包括对数据的形式、通信方式、传送速度、传送步骤、检错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定[5].由硬件平台的设计可以知道，每块分板控制着4个比色池，每个比色池可以设定3个检测通道，因此每块分板可以控制12个检测通道，并把它编号为1-12.但是每块分板每次只能从每个比色池的3个通道中选着1个通道进行检测，每次只能同时进行4通道的检测。整个系统可以同时进行16通道的检测。CAN通信报文传输的帧格式有含有11位标识符的标准帧和含有29位标识符的扩展帧。本设计采用了标准帧的格式进行CAN通信协议的设计。

    1)主板下传命令给分板时通信协议的设定

    标识符的设置：把11位标识符的高四位固定为1010,随后的2位为分板的编号(0-3)，第7位设为0表示读取AD,设为1表示设置比色池LED发光强度，低四位设成检测通道(1-12)，至此，11位标识符被设定好。

    数据域的设置：当第7位设为0时，数据部分为一个字节(小于16)，表示检测项目，与标识符的低四位相同。分板在接收到时调整相应到相应的检测状态。当第7位设为1时，设置/校准发光管。标识符的低四位为检测通道，数据部分为3个字节。

    2)分板上传数据/命令给主板时通信协议的设定

    标识符的设置：11位中的高4为固定为1010,随后的2位为分板的编号(0-3)，第7为为0,低四位设成检测通道(1-12)。

    数据域的设置：共8个字节

    分板上传命令时标识符与上传数据相同，数据部分为一个字节，当为“0x0b”表示按下了检测按键，当为“0x0A”表示对上次命令已经处理完成。

    波特率设定：设为50K.

    滤波设置：主板只对标识符高4位滤波，值为1010.

    分板只对标识符高6位滤波，值为1010XX,XX为分板编号0-3.

    例如要对一号分板的第一比色池的1号通道的检测项目进行检测：如已经校准，将标识符设置为10100000001,其后跟上相应设置的数据域，即可以对一号分板的第一比色池的1号通道的检测项目进行检测。如未校准，将标识符设置为10100010001,加上相应设置的数据域进行校准，校准候按照前面的步骤进行检测。同样1号通道上传数据/命令可以根据上面写好的通信协议进行操作。

    5.结论

    CAN通信最早应用于汽车领域，随着科技的发展，目前CAN通信在计算机控制系统中已经得到了广泛的应用，本文通过嵌入式WinCE与多块LPC935单片机底板CAN通信研究开发，综合了嵌入式、单片机及网络通信技术实现了多路CAN通信，达到了最初的设计目的。本文设计的通信协议经实践证明稳定可靠，保证了底板与WinCE控制板之间信息传输的实时性与准确性。提高了数据的准确率，减少了丢包率。本文所采用的技术在近距离控制，远程控制与工业控制领域具有重要的实用价值和广泛的应用前景。