基于LPC2294的CAN总线智能节点设计
设计给出的can总线智能节点设计方案，它采用内置多路can总线控制器的lpc2294作为主控制器，采用隔离can收发器ctm1050t作为收发器，使得该节点体积小、功耗低、抗干扰性好，因而特别适用于汽车、工业控制以及医疗系统和容错维护总线中。
1.硬件设计
1.1 lpc2294的特点
lpc2294是philips公司推出的一款功能强大的超低功耗的具有arm7tdmi内核的32位微控制器。内部嵌入256 kb的高速flash 存储器和16kb静态ram。128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32 位代码能够在最大时钟速率（60mhz）下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16 位thumb 模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。
由于lpc2294 的144 脚封装、极低的功耗、两个个32 位定时器、八通道10 位adc、四路互连的can接口、pwm 通道（六路）以及多达九个外部中断管脚使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。
lpc2294 集成4路can 控制器。他们具有如下特性：
★ 单个总线上的数据传输速率高达1mb/s
★ 32 位寄存器和ram访问
★ 兼容can 2.0b， iso 11898-1标准
★ 全局验收滤波器可以识别所有can 总线的11 位和29 位rx 标识符
★ 验收滤波器为选择的标准标识符提供了full can-style 自动接收功能
1.2 隔离can收发器ctm1050t
ctm1050t是一款带隔离的高速can收发器芯片，其主要功能是将can控制器的逻辑电平转换为can总线的差分电平，并且具有（dc 2500v）隔离功能、esd保护功能及tvs管防总线过压功能。ctm1050t具有以下特性：
☆完全符合can 2.0和iso 11898标准的can收发器
☆具有隔离、esd保护功能及tvs管防总线过压功能；
☆速率最高达1mbit/s；
☆隔离电压：dc 2500v
☆电磁辐射eme极低，电磁抗干扰emi性极高；
☆无需外加元件可直接使用。
1.3 can智能节点硬件电路设计
can智能节点硬件电路如图1所示。
图1基于lpc2294的can总线智能节点硬件电路
主控制器lpc2294的晶振频率范围为1～30mhz。本设计选晶振频率为20mhz。内部256kb的高速flash存储器用于代码和数据的存储。对于flash存储器，可通过内置的串行jtag接口进行在系统编程（isp in-system programming），或进行在应用编程（iap in-application programming）。为了便于调试和系统升级，在设计中总可以预留这些接口电路。
lpc2294采用双电源供电。cpu的供电电压范围为1.65～1.95v（1.8±0.15v），i/o供电电压范围为3.0～3.6v（3.3±03v）。
隔离can总线收发器ctm1050t是can协议控制器和物理总线之间的接口。在以往的设计方案中需要高速光耦（6n137）、dc/dc电源隔离模块、can收发器等其他元件才能实现带隔离的can收发电路，现在只需利用一片ctm1050t接口芯片就可以实现带隔离的can收发电路，并且隔离电压可以达到dc 2500v。
1.4硬件的抗干扰设计
在本设计所应用的场合中，产生电磁信号的设备较多，包括超短波设备、音频设备、电源等，因此抗干扰设计显得尤为重要。主要采取了以下措施：
（1）为了进一步提高can总线节点的抗干扰能力，保证各节点之间在电气上是完全隔离和独立的，我们采用隔离can收发器ctm1050t，取代传统的光耦与电源隔离模块，提高性能的同时简化电路设计。
（2）在can总线的两端加有两个120ω的电阻，这两个电阻对于总线阻抗的匹配起着相当重要的作用。去掉它们会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低，甚至无法通信。
（3）canh和canl与地之间并联了两个30pf的小电容，可虑除总线上的高频干扰并且具有一定的防电磁辐射的能力。
2.软件设计
对于一般的32位arm嵌入式应用系统，在运行主程序前必须初始化运行环境，即编写arm控制器启动代码。该启动代码包括异常向量表、堆栈初始化、存储系统初始化和目标板初始化等，一般用汇编语言编写。
对于该设计来说，关键的是编写can驱动程序。主程序只需通过调用驱动程序提供的接口来实现数据的接受和发送。驱动程序包括四部分内容：can控制器的初始化、接收数据、发送数据和总线异常处理。图2为主程序流程图。
图2 主程序流程图
2.1 can控制器的初始化
初始化can 控制器的操作包括：硬件使能、设置管脚连接、软件复位、设置报警界限、设置总线波特率、设置中断工作方式、设置验收滤波器工作方式、设置工作模式并启动can等。需要特别指出的是设置总线波特率是个难点，所有can节点的波特率都要相同才能正常工作，所以要正确配置vpbdiv和pll寄存器。在设置各can寄存器之前必须进行软件复位，这是因为can的某些寄存器必须在软复位下读写。
值得注意的是，lpc2294为所有的can 控制器提供了全局接收标识符查询功能。2kb的接收过滤用ram可容纳1024个标准标识符或者512个扩展标识符或两种类型混合的标识符。通过软件处理，可在该ram中设置存放1～5个标识符表格，它能更容易的对任意复杂的id进行筛选过滤，满足复杂的id的接受过滤要求。大大减少了系统软件设计复杂度及运行时的负担。设置验收滤波器工作方式，必须首先创建lut表格，指定每个表格的起始地址，并用实际的id地址初始化该表格。最后设定验收滤波器模式寄存器。若该节点不主动发送数据，可选择在总线不活动时进入睡眠模式。
2.2 数据发送
将待发送的数据打包成符合can 协议的帧格式后，便可写入发送缓存区，并启动发送。在写发送缓存区前必须查询其状态。lpc2294中的can控制器为了提高大量数据发送的效率，每个can控制器都有三个独立的发送缓冲区，它们的状态可以通过查询cansr得知。只有当其中有空闲的发送缓冲区时才可将数据写入。在发送大量数据数，这一步显得尤为重要，否则发送可靠性将不能保证。启动发送成功后，只能通过查询cangsr的tcs位或配合发送成功中断来判断数据是否发送成功。
2.3 数据接收
接收数据可采用查询方式或中断方式。在某一段时间内，can总线并不总是在活动，为了提高效率，可采用中断方式。在初始化程序中必须使能接收中断。在中断服务子程序中，读取canicr，判断是否有接收中断标志，有则读取接收缓冲区数据。
2.4 异常情况处理
在总线发生严重故障的情况下，can节点有可能脱离总线，此时以下寄存器位被置位：cansr的bs位、canir的bei位和ei位（如果使能）和canmod的rm位。rm将许多can控制器功能复位和禁止。软件下一步必须置零rm位。发送错误计数器将递减计数总线释放条件（11个连续的隐性位）的第128个事件。软件可通过读取tx错误计数器对计数器递减计数的情况进行监测。
一些不是很严重的错误一般不会引起总线错误，即使不处理也不会产生什么致命错误，为了提高中断处理速度，可以根据实际情况裁减中断服务程序。
3结束语
由于该方案体积小、功耗低、抗干扰性好，现已应用于电磁环境复杂的某装甲车通信设备中，满足了该项目对can网络节点的要求。此外该设计作为can总线节点的一个模块，能够和仪器仪表等设备相结合，使其具有网络通信的能力，有着广阔的应用前景。
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由于lpc2294 的144 脚封装、极低的功耗、两个个32 位定时器、八通道10 位adc、四路互连的can接口、pwm 通道（六路）以及多达九个外部中断管脚使它们特别适用于汽车、工业控制应用以及医疗系统和容错维护总线。
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★ 单个总线上的数据传输速率高达1mb/s
★ 32 位寄存器和ram访问
★ 兼容can 2.0b， iso 11898-1标准
★ 全局验收滤波器可以识别所有can 总线的11 位和29 位rx 标识符
★ 验收滤波器为选择的标准标识符提供了full can-style 自动接收功能
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ctm1050t是一款带隔离的高速can收发器芯片，其主要功能是将can控制器的逻辑电平转换为can总线的差分电平，并且具有（dc 2500v）隔离功能、esd保护功能及tvs管防总线过压功能。ctm1050t具有以下特性：
☆完全符合can 2.0和iso 11898标准的can收发器
☆具有隔离、esd保护功能及tvs管防总线过压功能；
☆速率最高达1mbit/s；
☆隔离电压：dc 2500v
☆电磁辐射eme极低，电磁抗干扰emi性极高；
☆无需外加元件可直接使用。
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can智能节点硬件电路如图1所示。
图1基于lpc2294的can总线智能节点硬件电路
主控制器lpc2294的晶振频率范围为1～30mhz。本设计选晶振频率为20mhz。内部256kb的高速flash存储器用于代码和数据的存储。对于flash存储器，可通过内置的串行jtag接口进行在系统编程（isp in-system programming），或进行在应用编程（iap in-application programming）。为了便于调试和系统升级，在设计中总可以预留这些接口电路。
lpc2294采用双电源供电。cpu的供电电压范围为1.65～1.95v（1.8±0.15v），i/o供电电压范围为3.0～3.6v（3.3±03v）。
隔离can总线收发器ctm1050t是can协议控制器和物理总线之间的接口。在以往的设计方案中需要高速光耦（6n137）、dc/dc电源隔离模块、can收发器等其他元件才能实现带隔离的can收发电路，现在只需利用一片ctm1050t接口芯片就可以实现带隔离的can收发电路，并且隔离电压可以达到dc 2500v。
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在本设计所应用的场合中，产生电磁信号的设备较多，包括超短波设备、音频设备、电源等，因此抗干扰设计显得尤为重要。主要采取了以下措施：
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（2）在can总线的两端加有两个120ω的电阻，这两个电阻对于总线阻抗的匹配起着相当重要的作用。去掉它们会使数据通信的抗干扰性及可靠性大大降低，甚至无法通信。
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