基于WinCE 环境的CAN 适配卡驱动程序的设计与实现

作者：时间：2012-08-10来源：网络收藏

摘要：简要介绍了嵌入式实时操作系统WinCE环境下驱动程序的设计原理和CAN总线技术，并详细分析了依托PC/104总线的CAN适配卡底层驱动程序的设计与实现。

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/148630.htm

1.引言

WinCE 是一种为多种嵌入式系统和产品设计的紧凑、高效、可升级的操作系统，WinCE 采用标准模式，其最主要的特征：为有限的硬件资源提供了多线程、多任务和完全优先级的计算环境。

WinCE 操作系统支持两种类型的驱动程序：[1]本地驱动程序(Build-In)，是把设备驱动程序作为独立任务实现，直接在顶层任务中实现硬件操作，完成特有专用的驱动程序;流接口驱动程序，WinCE 的I/O 系统将设备程序作为内核过程实现，这种方式便于实现I/O 子系统的层次模型，便于文件系统一起把设备作为特殊文件处理，提供统一的管理、统一的界面和统一的使用方法，并把设备、文件及网络通信组织成为一致的更高层次的抽象，为用户提供统一的系统服务和用户接口。驱动程序封装了将这些命令转换为它所控制的设备上的适当操作所需的全部信息。

流接口驱动程序有在启动时加载和动态加载两种方式。本文实现的在 WinCE 环境下流结构的PC/104-CAN 驱动程序是在系统启动时加载的。

2. CAN 总线技术简介

CAN总线是德国Bosch 公司开发的一种串行数据通信协议，CAN 总线属于总线式串行通讯网络，具有总线为多主方式工作且无需站地址节点信息、CAN 网络上的节点信息分成不同的优先级、总线冲突仲裁时间低和总线的通信介质选择灵活等优点[2]。 CAN 适配卡的核心工作单元是它的控制器，控制器SJA1000 的组织结构如图1 所示。

其中，接口管理逻辑(IML)：[3]它接收来自微控制器的命令，控制CAN 寄存器的寻址，并向微控制器提供中断和状态信息;发送缓存器：存贮发送到CAN 网络上的完整信息;位流处理器(BSP)：是一个控制发送缓存器和接收缓存器与CAN 总线之间控制数据流的程序装置，同时具有执行错误检测、仲裁、总线填充和错误处理的能力;位定时逻辑(BTL)单元：主要监视串口的CAN 总线，并处理与总线有关的位时序，使SJA1000 同步于CAN 总线上的位流;错误管理逻辑(EML)：主要完成接收BSP 的出错报告，并按照CAN 协议完成错误界定，从而使 BSP 和IML 进行错误统计。

CAN 适配卡的硬件网络工作环境示意图如图2 所示。

图2 中，通用微机的操作系统是WinCE，上位通用微机通过PC/104 总线与CAN 接口适配卡相连，CAN 接口适配卡与具有CAN 接口的串行芯片通过CAN 总线进行数据交换，所采用的协议是CAN 协议。在CAN 协议中，报文的表示、传送和控制主要由4 种类型的帧来完成[4]：数据帧，携带数据信息，由发送器发送到接收器;远程帧，主要用于请求发送具有相同标识符的数据帧，是通过总线发送的;出错帧标识总线错误，由检测出总线错误的任何总线单元产生;超载帧主要为当前的和后续的数据帧提供附加延迟。

3 CAN 适配卡驱动程序的设计与实现

从引言部分可知，流接口可以为各种设备提供统一的访问接口，可以是字符设备、块设备、虚拟设备和网络设备等。CAN 适配卡驱动程序的主要流程为[5]：应用程序调用函数 CreateFile 获取CAN 设备句柄，文件系统将会调用CAN 驱动例程中的CAN_Open 来响应应用程序的请求。当应用程序调用ReadFile 函数读取CAN 设备上的字符时，文件系统将会调用CAN 驱动例程中的CAN_Read 函数来读取CAN 设备上的字符。

对于本文流接口的驱动程序而言，是通过实现如下几个模块来实现驱动的：CAN_Open、 CAN _Close、CAN _Read、CAN _Write、CAN _IoControl 和CAN _Init 等模块。其中CAN _Init 模块是系统启动时由文件系统自动调用的，主要完成设备的初始化工作。另外，对于流接口驱动程序可选函数CAN _PowerUp 和CAN _PowerDown，主要实现电源管理的功能。

限于篇幅，本文仅对主要的 CAN_Write 模块、CAN_Read 模块和中断服务线程模块的实现作如下详细详细讨论。

3.1 CAN_Write 模块的实现

当 CAN 适配卡控制器在发送报文时，发送缓冲区对写操作是锁定的，这样CPU 必须检查状态寄存器的发送缓冲区状态标志TBS，以确定可以将一个新报文写入发送缓冲区中，当发送缓冲区被锁定(即标志TBS=0)时，CPU 周期性地查询状态寄存器，等待发送缓冲区被释放;当发送缓冲区被释放(即标志TBS=1)时，CPU 将新报文写入发送缓冲区中，并置命令寄存器的发送请求标志TR，该标志导致发送的启动。一旦发送成功中断产生，表明CAN 报文已经发送成功。重复上面的工作就可以完成发送多个CAN 报文的工作。 CAN_Write 模块的流程图如图3 所示。

3.2 CAN_Read 模块的实现

如果 CAN 接收到一个报文，该报文通过验收滤波器验收并放入接收FIFO，则产生一个接收中断。中断服务程序接收到这个中断后，将这个接收到的报文传送到由驱动程序维护的报文存储区中，并置位命令寄存器的释放缓存区标志RRB。CAN_Read 函数并不等待来自 CAN 控制器的接收报文成功中断，而是读取保存在由驱动程序维护的报文存储区中的报文。 CAN_Read 函数的流程图如图4 所示。