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C8051F040中CAN控制器的應(yīng)用
摘要：介紹C8051F040單片機(jī)內(nèi)部CAN控制器的應(yīng)用。詳細(xì)敘述此控制器的構(gòu)成及其訪問(wèn)方式，指出在使用時(shí)是如何配置控制器的相關(guān)控制寄存器，并且給出CAN控制器在應(yīng)用中的物理層硬件電路和應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)。單片機(jī)與CAN總線連接的傳統(tǒng)方式是將CPU與總線控制器和總線收發(fā)器相連后再接入總線網(wǎng)絡(luò)，這樣使CPU外圍電路復(fù)雜化，整個(gè)系統(tǒng)受外部影響較大。為了解決這一問(wèn)題，很多單片機(jī)廠商紛紛將CAN控制器集成在單片機(jī)芯片上。目前，單片機(jī)內(nèi)部集成的CAN控制器有Motorola公司的MC68HC912DG128A、Philips公司的P87C591、Atmel公司的AT89C51CC01和AT89C51CC02、Intel公司的TN87C196CA和TN87C196CB以及Cygnal公司的C8051F040等。
不同單片機(jī)內(nèi)部CAN控制器的使用方法有所不同，但存在著很多相似之處。這里以C8051F040為列詳細(xì)介紹其內(nèi)部CAN控制器的使用方法，希望通過(guò)這篇文章能給初學(xué)帶來(lái)方便，并能和廣大的單片機(jī)愛(ài)好者就這一問(wèn)題做進(jìn)一步的討論。
1 C8051F040 CAN控制器構(gòu)成及訪問(wèn)方式
C8051F040單片機(jī)是美國(guó)Cygnal公司生產(chǎn)的完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯SoC(System on Chip)，具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內(nèi)核。它在一塊芯片上集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采樣或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其它功能部件。它具有64KB Flash、4352B RAM、CAN控制器2.0、2個(gè)串行接口、5個(gè)16位定時(shí)器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、8位A/D轉(zhuǎn)換器及12位D/A轉(zhuǎn)換器等，它內(nèi)部還帶有JTAG接口，使調(diào)試變得非常方便。
C8051F040內(nèi)部集成的CAN控制器為Bosch CAN控制器。此CAN控制器有以下幾部分構(gòu)成：CAN內(nèi)核、報(bào)文RAM（與C8051 RAM相互獨(dú)立）、報(bào)文處理狀態(tài)機(jī)制和CAN控制寄存器。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
在CAN控制器里只有三個(gè)寄存器可通過(guò)CIP-51中的特殊功能寄存器直接訪問(wèn)，其它的寄存器只能通過(guò)CAN0ADR、CAN0DATH和CAN0DATL寄存器以地址索引的方式間接訪問(wèn)。在使用CAN控制器時(shí)，重點(diǎn)和難點(diǎn)是對(duì)CAN控制器的寄存器的使用，其內(nèi)部寄存器的分類及其主要功能如下：
（1）CAN控制器協(xié)議寄存器
該協(xié)議寄存器是用來(lái)配置CAN控制器，處理各種中斷，監(jiān)控總線狀態(tài)以及置控制器為測(cè)試模式。CAN控制器協(xié)議寄存器可使用C8051 MCU特殊功能寄存器通過(guò)索引方式間接訪問(wèn)，其中有些還可以很方便的通過(guò)C8051內(nèi)部特殊功能寄存器直接尋址來(lái)訪問(wèn)。這部分的寄存器有：CAN控制寄存器（CAN0CN）、CAN狀態(tài)寄存器（CAN0STA）、CAN測(cè)試寄存器（CANTST）、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)寄存器、位定時(shí)寄存器和波特率預(yù)比列因子擴(kuò)展寄存器。其中，CAN0CN、CAN0STA和CANTST可通過(guò)C8051 MCU特殊功能寄存器直接訪問(wèn)，其它的只能通過(guò)間接訪問(wèn)。
（2）報(bào)文對(duì)象接口寄存器
CAN控制器中有兩組報(bào)文對(duì)象接口寄存器，它們用來(lái)配置報(bào)文RAM中32個(gè)報(bào)文對(duì)象是用來(lái)向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)，還是從CAN總線接收數(shù)據(jù)。當(dāng)其中的一組被設(shè)置為向報(bào)文RAM中寫數(shù)據(jù)，另一組則從報(bào)文RAM中讀取數(shù)據(jù)。利用此接口寄存器可以避免CPU訪問(wèn)報(bào)文RAM與CAN報(bào)文接收和發(fā)送緩沖轉(zhuǎn)移之間的沖突。所有的報(bào)文對(duì)象都存儲(chǔ)在報(bào)文RAM里面，通過(guò)報(bào)文對(duì)象寄存器對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)和配置，這些寄存器要通過(guò)C8051的CAN0ADR和CAN0DAT寄存器，使用間接索引地址方式來(lái)訪問(wèn)。這部分寄存器有：IFX命令請(qǐng)求寄存器、IFX命令屏蔽寄存器、IFX屏蔽寄存器1、IFX屏蔽寄存器2、IFX仲裁寄存器1、IFX仲裁寄存器2、IFX報(bào)文控制寄存器、IFX數(shù)據(jù)寄存器A1、IFX數(shù)據(jù)寄存器A2、IFX數(shù)據(jù)寄存器B1和IFX數(shù)據(jù)寄存器B2。
（3）報(bào)文處理寄存器
所有的報(bào)文處理寄存器都是只讀寄存器。通過(guò)讀取它們的值可以實(shí)時(shí)地判斷相應(yīng)報(bào)文對(duì)象的狀態(tài)，從而使CAN控制器能正確運(yùn)行。它們的標(biāo)識(shí)位由CAN0ADR、CAN0DATH和CAN0DATL通過(guò)索引方式間接來(lái)訪問(wèn)。報(bào)文處理寄存器提供中斷、錯(cuò)誤、發(fā)送/接收請(qǐng)求和新數(shù)據(jù)信息。這部分的寄存器包括：中斷寄存器、發(fā)送請(qǐng)求寄存器、新數(shù)據(jù)寄存器、中斷隊(duì)列寄存器和報(bào)文有效寄存器。
那么，通過(guò)CAN0ADR、CAN0DATH和CAN0DATL寄存器以索引方式間接訪問(wèn)CAN控制器中寄存器的過(guò)程會(huì)怎樣呢？因?yàn)槊總�(gè)CAN控制器寄存器都有一個(gè)索引號(hào)，如果要訪問(wèn)某一CAN控制寄存器，只需將此寄存器的索引號(hào)寫入CAN0ADR寄存器，而數(shù)據(jù)讀/寫操作通過(guò)CAN0DATH和CAN0DATL來(lái)完成。例如：如果需要對(duì)位定時(shí)寄存器重新配置時(shí)，只需向CAN0ADR寄存器中寫入0X03，將新配置的數(shù)據(jù)的低字節(jié)寫入CAN0DATL中，高字節(jié)寫入CAN0DATH中。
2 CAN控制器應(yīng)用時(shí)寄存器配置
下面就CAN控制器在應(yīng)用時(shí)，根據(jù)所要完成功能的不同而需要做的不同配置做具體描述。這包括報(bào)文對(duì)象初始化處理、發(fā)送對(duì)象配置、接收對(duì)象配置、中斷處理配置；另外，還有發(fā)送對(duì)象的更新、位定時(shí)寄存器等配置。
2.1 報(bào)文對(duì)象初始化處理
報(bào)文RAM中的報(bào)文對(duì)象（除MsgVal、NewDat、IntPnd和TxRqst）配置不受芯片復(fù)位的影響。所有的報(bào)文對(duì)象在使用前必須由CPU來(lái)初始化為零或者被設(shè)置為無(wú)效。報(bào)文對(duì)象的配置是通過(guò)相應(yīng)的接口寄存器來(lái)設(shè)置其屏蔽碼、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)和數(shù)據(jù)場(chǎng)值，而這一設(shè)置過(guò)程由相應(yīng)的IFX命令請(qǐng)求寄存器來(lái)完成。
當(dāng)CAN控制寄存器中的Init位置零，CAN內(nèi)核中的CAN協(xié)議控制器狀態(tài)機(jī)制和報(bào)文處理狀態(tài)機(jī)制將控制C_CAN的內(nèi)部數(shù)據(jù)流。接收到的報(bào)文通過(guò)接收濾波后都存放在報(bào)文RAM中，而得到傳輸請(qǐng)求的報(bào)文都要移入CAN內(nèi)核的移位寄存器中并通過(guò)CAN總線傳出。
2.2 發(fā)送對(duì)象的配置
當(dāng)報(bào)文對(duì)象作為發(fā)送對(duì)象時(shí)，仲裁寄存器（ID28-0和
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