基于DSP的CAN总线转换器的设计

rs232是pc机与通信应用中应用最广泛的一种串行接口；rs485半双工异步通信总线是在分布系统设计中广泛使用的数据通信总线；而can总线是一种可用于远程通信控制的、双向、多主方式的串行现场总线，特别适合于工业设备测控单元的互联。针对上述几种比较通用的串行总线，实现总线之间协议转换的适配器很多，如rs232与rs485之间、rs232与can之间、rs485与can之间的协议转换器等。本文设计了一种可用于can总线、rs232、rs485等三种总线之间的转换器，为多种异型总线之间的互联提供了一种有效的解决方案。

总线转换器的功能

如图1所示的总线转换器的功能框图，总线转换器包括了三种通信网络接口，分别为rs232、rs485和can总线接口，能够完成以下几种功能：

（2）rs232与can之间的通信转换：带有rs232接口的pc操作站、智能网络节点可以通过该总线转换器的can接口接入到由其构成的can网络，实现rs232站点与can总线网络之间的数据通信。

（3）rs485与can之间的通信转换：通过该总线转换器，rs485网络可以实现与can网络之间的连接，完成网络之间数据通信。

总线转换器硬件设计

总 线转换器的硬件原理图如图2所示。它主要由tms320lf2407a（cpu）及can总线接口、rs485接口、rs232接口和电源等几个部分组成。

tms320lf2407a的串行通信接口（sci）模块是一个标准的通用异步接收/发送（uart）可编程串行通信接口。通过sci接口，我们采用了max3485实现ttl与rs485电平之间的转换。max3485工作于半双工方式下，将tms320lf2407a的iopf6引脚同时控制max3485的de和/re引脚，可实现发送和接收两种控制状态的转换。

由 于tms320lf2407a只带有一个sci接口，所以需扩展一个uart接口来实现rs232接口功能。由于总线转换器的通信实时性要求较高，我们采用了扩展异步通信芯片的方法来实现扩展uart接口。异 步通信芯片tl16c550c可实现如下功能：在接收到外部器件或modem的数据时，完成串行到并行的转换；在接收到cpu的数据时，完成并行到串行的变换，并进行串行发送。所以在tl16c550c的输出口外接一个rs232电平转换芯片max3232，即可实现rs232接口的扩展。当其xin、xout端外接1.8342mhz晶振时 ，将波特率因子寄存器设置为03h，dsp即可实现以38400bps的波特率与 rs232设备通信。同时将tl16c550c的/rxrdy和/txrdy接入dsp的两个外 部中断，使rs232通信工作于中断方式，这样可有效保证通信的实时性。

总线转换器软件设计

总线转换器主要实现rs232、rs485和can总线之间的数据转换与传送。rs232和rs485只定义了物理层协议；而can的协议规范定义了其物理层和数据链路层。因此本设计中的重点是要定义和实现rs232、rs485和can总线之间的协议转换。

通信协议

（1）can通信协议：由于can总线数据传输时每帧最多8个字节，所以当can通信时传输数据大于8时，必须将数据打包传送。其命令帧和应答帧传输格式定义分别如图3（a）和（b）所示。

rs232与rs485的命令帧和应答帧的数据格式分别如图4（a）和（b）所示。

在上述协议格式中，源地址和目的地址定义相同，采用2个字节来实现地址划分，其定义如下：字节1用来区分can网络中设备号，而字节2代表总线转换器下的rs485网络中的设备地址（其中0ffh除外，若字节2为0ffh，则代表该总线转换器下的rs232设备）。
在协议格式中，命令包含两种：01h代表发送数据至其他设备，02h代表请求其他设备发送数据。应答状态包含两种：15h代表命令执行成功，19h代表命令执行失败。

通信软件流程设计

软件设计采用模块化设计，按照系统功能可划分为：初始化部分、rs485接口对应的轮询程序和485设备请求发送子程序、rs232接口对应的中断服务程序、can接口对应的中断服务程序、rs232、rs485和can接口分别对应的数据打包和处理程序以及故障处理程序等。下面就几个关键部分加以叙述。

（1）总线转换器的初始化部分

总线转换器的初始化主要包括rs232、rs485和can接口及发送、接收缓冲区的相关参数设置。

对 于rs232接口，dsp需将两个外部中断xint1、xint2的优先级设置为高优先级模式；并设置tl16c550c的波特率因子寄存器。

对于rs485接口，将sci模块设置为多处理器通讯模式；设置串行接口通信寄存器sciccr为地址位通讯数据格式，设置串行通信接口控制寄存器为禁止sci口发送和接收中断，以及设置串行通信接口波特率选择寄存器等。

对于can接口，主要包括配置位定时器从而设置通讯波特率和邮箱的初始化，其中将邮箱4设置为发送邮箱，邮箱1设置为接收邮箱。can邮箱中断设置为低优先级模式。这样总线转换器在轮询485从设备时，优先响应来自rs232接口的控制命令，其次是响应来自can接口的控制命令。

（2）rs485接口对应的轮询程序和rs485设备请求发送子程序

如图5所示，我们将总线转换器设计为rs485网络上的主设备，而挂在该接口上的其他rs485设备均为从设备。这样485网络上的通讯任务均由总线转换器发起，通过总线转换器不断轮询485网络上的从设备，从而获得从设备的状态或信息。若从设备工作正常且不主动请求发送信息，则该从设备返回一个运行正常信息给总线转换器。这时总线转换器可以修改轮询设备号，实现下一个从设备的轮询。若从设备需要主动请求发送信息，则总线转换器调用485设备请求发送子程序。对于rs485设备请求发送子程序设计的关键是要进行目的地址的判断。若目的地址不是位于本总线转换器内部 ，则需将数据打包处理后通过can接口发送出去；若目的地址位于本总线转换器内，则将数据打包处理后通过485接口或232接口发送出去。限于篇幅，不再详述。

rs232接口通常可以外接pc操作站、智能网络节点等，因此将来自rs232接口的控制命令产生的中断设置为高优先级。rs232接口对应的中断服务子程序如图6所示，当有来自pc操作站、智能网络节点的rs232接口的控制命令时，总线转换器将停止轮询rs485从设备，并产生接收中断，响应该命令。总线转换器首先判断目的地址，若目的地址不在本总线转换器内部，则总线转换器将命令地址打包处理后发送至can接口；然后根据命令字将数据信息发送至can接口或等待来自can接口的数据。若目的地址位于本总线转换器内，则总线转换器将命令地址发送至rs485接口；然后根据命令字将数据信息发送至rs485接口或等待来自rs485接口的数据。最后总线转换器将应答或数据信息送至rs232接口。

（4）can接口对应的中断服务子程序

can接口对应的中断服务子程序与rs232接口对应的中断服务子程序基本类似，限于篇幅，不再详述。