引言

近年來電力行業(yè)為了快速部署變電站，采用了建造整體變電所的方法：在生產(chǎn)基地將變電站的內(nèi)部設(shè)備安裝、調(diào)試完成，只留下與外界的接口，整體運到變電站所在地后進行安裝和簡單調(diào)試即可投入運行。其內(nèi)部設(shè)備通過CAN總線進行通信，系統(tǒng)原有的監(jiān)控軟件基于DOS系統(tǒng)，維護調(diào)試比較困難，因此想要尋求更方便、友好的系統(tǒng)支持。經(jīng)過比較，嵌入式操作系統(tǒng)市場上風(fēng)頭正勁的Windows CE .NET成為最終選擇。微軟的最新產(chǎn)品Windows CE.NET提供了端對端的開發(fā)、調(diào)試手段，可以不拆卸設(shè)備的情況下通過Telnet登錄到WindowsCE上進行調(diào)試和維護，其系統(tǒng)本身為嵌入式市場進行重新設(shè)計，包括創(chuàng)建一個基于WindowsCE的定制設(shè)備所需的一切。這樣就需要將原來DOS下的程序移植到WindowsCE.NET下，但是各個硬件廠商目前還沒有提供CAN通信卡在Windows CE.NET下的驅(qū)動，所以開發(fā)Windows CE.NET下的CAN卡驅(qū)動成為項目推行中的關(guān)鍵一環(huán)。

本文主要針對研華的雙口CAN卡PCM3680進行分析，介紹在WindowsCE.ENT系統(tǒng)下進行底層設(shè)備驅(qū)動開發(fā)的方法并提供CAN通信的實例。

1 CAN總線通信協(xié)議及CAN通信卡介紹

CAN總線是德國Bosch公司20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它是一種多主總線，廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。這種方法使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，擴展格式中的29位的標(biāo)識碼便可以定義2 29個不同的數(shù)據(jù)塊。

在本項目中使用的是研華的PCM3680，這是一塊嵌入式PC104的雙口CAN總線通信卡；CAN控制器采用Philips的獨立CAN控制器SJA1000芯片；CAN收發(fā)器采用Philips的P82C250，可以同時操作兩個CAN網(wǎng)絡(luò)，提供高達1Mb/s的傳輸速度。PCM3680支持很寬的中斷范圍：中斷3、4、5、6、7、9、10、11、12、15，同時1000V的光電隔離提供系統(tǒng)高可靠性。在CAN卡通信中，要用到CAN控制器中的很多寄存器，各個寄存器的含義和作用可以參考控制芯片的說明書。圖1列出驅(qū)動程序設(shè)計中用到最主要的寄存器結(jié)構(gòu)。

2 CAN卡驅(qū)動底層函數(shù)設(shè)計

本方案設(shè)計CAN驅(qū)動是放在Windows CE操作系統(tǒng)的內(nèi)核下層，位于OEM adaptation layer（OAL）層的一個真正的驅(qū)動，而不是在主程序中的串口操作。在Windows CE的設(shè)備管理器可以看到CAN1和CAN2兩個端口，并且可以查看其工作的正常與否和對其進行配置。如：中斷號和I/O地址。

2.1 CAN卡寄存器讀寫函數(shù)

CAN卡的通信是通過操作CAN卡上的CAN控制器進行的。在CAN控制器中有很多寄存器，如控制寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器等，通過讀寫這些寄存器中的命令狀態(tài)字可以檢測和控制CAN卡的行為。在Windows CE.NET下，通過調(diào)用DOK中的API函數(shù)HalTranslateBusAddress，將CAN卡分配的物理地址映射為邏輯地址。這樣各個寄存器對應(yīng)的就是CAN卡基地址的偏移地址，因此，對寄存器的讀寫就轉(zhuǎn)化為對內(nèi)存地址的讀寫。下面是CAN卡寄存器的讀寫函數(shù)：

*在偏移量為off的地址讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)inline BYTE CANR（LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan，DWORD off）

{

return hCan-》lpCanHWInfo-》lpCanObj-》lpMappedBaseAddr［off］;

*將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫到偏移量為off的地址中inline VOID CANW（LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan，DWORD off，BYTE val）

{

hCan-》lpCanHWInfo-》lpCanObj-》lpMappedBaseAddr［off］=val；

}

參數(shù)LPCAN_HW_OPEN_INFO定義的是CAN卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中成員lpMappeBaseAddr［0］表示的是映射后基地址，lpMappedBaseAddr［1］就是基地址+1的地址，對應(yīng)CAN卡的寄存器是命令寄存器。通過上述兩個函數(shù)可操作CAN卡上的所有寄存器。

2.2 CAN卡初始化

CAN卡的控制器比較復(fù)雜，在通信前必須確認(rèn)硬件信息正確性、初始化各寄存器。初始化函數(shù)的基本流程如圖3所示。

第一步，檢查端口號和硬件信息的正確性，主要是CAN卡中斷號是否有效。

第二卡，設(shè)置CAN卡默認(rèn)參數(shù)：

CanCardConfigInfo CAN_DEFAULT_SETTING=

{0X00，0XFF，0X03，0X1C};/*設(shè)置默認(rèn)波特率為125Kbps*/

DWORD dwThreadID =0；

PHYSICAL_ADDRESS phyAddr={hwInfo-》dwIOBaseAddr *16，0 }；

第三卡，用WinCE API函數(shù)LocalAlloc為CAN卡驅(qū)動中用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分配緩沖區(qū)；通過HalTranslateBusAddress和MmMapIoSpace函數(shù)映射I/O地址，提供直接訪問設(shè)備的虛擬地址：

if（！HalTranslateBusAddress（Isa，0，phyAddr，0，phyAddr））

goto _ExitInit；

hCan-》lpCanHWInfo-》lpCanObj-》lpMappedBaseAddr=

（LPBYTE）MmMapIoSpace（phyAddr，CANCARDADDRLEN，F(xiàn)ALSE）;

if（！hCan-》lpCanHWInfo-》lpCanObj-》lpMappedBaseAddr）

goto _ExitInit；

如果分配內(nèi)存或映射邏輯地址失敗，則退出初始化程序，CAN卡初始化失敗。

第四步，初始化讀寫屬性、共享模式、讀超時時間和第二個CAN口的基地址。

第五步，創(chuàng)建CAN卡事件和數(shù)據(jù)接收事件：hCan-》lpCanHWInfo-》hCanEvent=CreateEvent（NULL，F(xiàn)ALSE，F(xiàn)ALSE，NULL）;

hCan-》lpCanHWInfo-》hRecvMsgEvent=CreateEvent（NULL，F(xiàn)ALSE，F(xiàn)ALSE，NULL）;

第六步，初始化中斷，如果CAN卡有復(fù)位請求就退出初始化程序。設(shè)置好中斷后啟動數(shù)據(jù)接收線程，設(shè)置線程優(yōu)先級繼續(xù)線程處理；最后配置CAN卡參數(shù)，進入正常運行狀態(tài)。

2.3 CAN卡信息發(fā)送CAN卡的信息發(fā)送分為兩個步驟。在對CAN卡基本信息進行檢查后，首先設(shè)置發(fā)送緩沖的ID號。CAN標(biāo)準(zhǔn)模式的ID號為11位，偏移地址10中存放的是ID號的高8位，偏移地址11的高3位存放的是ID號的低3位，剩下5位分別是RTR位（遠程傳送請求位）和數(shù)據(jù)長度。通過CANW函數(shù)將處理后的數(shù)據(jù)寫入到相應(yīng)的偏移地址，設(shè)置完相應(yīng)的地址數(shù)據(jù)后，通過循環(huán)將偏移地址12～19的數(shù)據(jù)采集回來存到數(shù)組中。然后，設(shè)置CAN卡的傳輸請求為允許并不斷偵測狀態(tài)寄存器的變化，當(dāng)傳輸緩沖滿標(biāo)志或傳輸結(jié)束標(biāo)志為1時通出程序，完成一次數(shù)據(jù)采集。傳輸緩沖區(qū)的寄存器如表1所列。

CAN消息發(fā)送函數(shù)的實現(xiàn)如下：

BOOL CAN_SendMessage（LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan，LPCanCardMessageBuflpMsg）

{

BOOL bSuc=FALSE;

ASSERT（hCan lpMsg lpMsg-》dwMessageLen =8）; /*防錯處理*/

if（0= =（hCan-》dwAccessCode GENERIC_WRITE））

return FALSE;

：： EnterCriticalSection（hCan-》lpCanHWInfo-》

TransmitCritSec）; /*進入臨界區(qū)*/

BYTE byV=static_castBYTE》（1pMsg-》dwMsgID》》3）；

CANW（hCan，10，byV）; /*設(shè)置ID值高8位*/

byV=static_castBYTE》=（（lpMsg-》dwMsgID 7）5）;

if（lpMsg-》bRTR） byV|=0x10;

byV+=static_castBYTE》（lpMsg-》dwMessageLen）;

CANW（hCan，11，byV）;/*設(shè)置ID值低3位、RTR及數(shù)據(jù)長度*/

for（UINT i=0;lpMsg-》dwMessageLen;++i）

{

CANW（hCan，12+i，lpMsg-》byMsg［i］）;

} /*采集數(shù)據(jù)*/

CANW（hCan，1，1）;/*重置傳輸請求*/

while（TRUE）

{byV=CANR（hCan，2）;

if（byV 0X40） /*傳輸緩沖區(qū)滿，退出*/

{break;}

if（byV 0X8）{ /*傳輸結(jié)束，正確返回退出*/

bSuc = TRUE;

break;}

}

：：LeaveCriticalSection（hCan-》lpCanHWInfo-》TransmitCritSec）; /*離開臨界區(qū)*/

return bSuc；

}

2.4 CAN卡信息接收

CAN卡的信息接收是發(fā)送的逆過程，當(dāng)接收緩沖區(qū)標(biāo)志為1時，表示緩沖區(qū)已滿可以接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)接收到數(shù)組后釋放接收緩沖區(qū)，然后對接收到的數(shù)據(jù)進行分解并存儲到CAN卡信息緩沖區(qū)的結(jié)構(gòu)體。接收緩沖區(qū)的寄存器結(jié)構(gòu)如表2所列。

CAN消息接收函數(shù)的實現(xiàn)如下：

BOOL CAN_RecvRecvMessage（LPCAN_HW_OPEN_INFO

HCan，OUT LPCanCardMessageBuflpMsg）

{……

if（CANR（hCan，2）1）{ /*判斷接收緩沖區(qū)是否已滿*/

for（UINT i=0;i10;++i）

recvBuf［i］=CANR（hCan，20+i）;/*將數(shù)據(jù)暫存到臨時緩沖區(qū)*/

CANW（hCan，1，4）; /*釋放接收緩沖區(qū)*/

LpMsg-》dwMsgID=recvBuf［0］3; /*取出ID的高8位*/

BYTE byV =recvBuf［1］;

LpMsg-》dwMsgID+=byV 》》5;/*取出ID低3位，然后和高8位合并*/

LpMsg-》bRTR =byV 0x10？TRUE:/*返回RTR狀態(tài)*/

LpMsg-》dwMessageLen = byV 0XF; /*返回數(shù)據(jù)長度*/

……

}

else

{++hCan-》lpCanHWInfo-》dwErrorMsgCount;}/*沒有收到數(shù)據(jù)，錯誤計數(shù)加1*/

：：LeaveCriticalSection（hCan-》lpCanHWInfo-》

ReceiveCritSec）; /*離開臨界區(qū)*/

Return bSuc;

}

2.5 CAN卡事件處理

CAN卡事件處理函數(shù)是CAN卡驅(qū)動程序中很重要的部分。驅(qū)動設(shè)計要求具有消息通知的功能，當(dāng)事件發(fā)生時及時捕獲事件并進行消息處理。

下面是事件處理函數(shù)的實現(xiàn)：

staric DWORD WINAPI CAN_EventHanle（LPVOID lpParam）

{

ASSERT（lpParam）;

LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan=（LPCAN_HW_OPEN_INFO）lpParam;

CanCardMessageBuf bufMsg;

while（TEUE）

{ /*循環(huán)等待CAN卡消息產(chǎn)生，然后進行處理*/

：：WaitForSingleObject（hCan-》lpCanHWInfo-》hCanEvent，0XFFFFFFFF）;

if（hCan-》lpCanHWInfo-》bKillCanThread） break; /*若CAN線程已關(guān)閉則中斷*/

if（CAN_RecvMessage（hCan，hufMsg））{ /*正確接收數(shù)據(jù)后*/

CAN_RecvBufPush（hCan，bufMsg）;} /*將數(shù)據(jù)壓入緩沖*/

BYTE byV=CANR（hCan，3）; /*將3號寄存器讀出然后立即寫入*/

CANW（hCan，3，byV）；/*能夠獲取每次中斷*/

InterruptDone（hCan-》lpCanHWInfo-》lpCanObj-》dwSysIrqt）;

} /*本次中斷結(jié)束，等待下次中斷*/

return 0;

}

2.6 其它函數(shù)

為了提供更多的功能和更方便地使用CAN卡進行通信，在CAN卡驅(qū)動程序中還設(shè)計了一些函數(shù)如CAN_Config用CAN卡信息配置、CAN_RecvBufPop用于處理接收緩沖區(qū)、CAN_Reset用于復(fù)位CAN卡、CheckHWInfo用于硬件信息檢查等。這些函數(shù)提供了對CAN通信卡的設(shè)置、檢查等功能，在這里不再詳述了。

3 CAN卡驅(qū)動封裝設(shè)計

CAN卡底層驅(qū)動函數(shù)雖然功能完整，但是對于用戶使用比較復(fù)雜并且一般用戶不需要了解底層實現(xiàn)的機制。為了便于使用，最后對CAN卡的驅(qū)動進行了封裝，提供CanOpenFile、CanSendMsg等五個函數(shù)用于CAN總線的通信，以動態(tài)連接庫（DLL）的形式提供給用戶調(diào)用。封裝函數(shù)及功能如下：

*CanOpenFile；初始化并打開CAN卡的一個端口。

*CanCloseFile；關(guān)閉由CanOpenFile打開的CAN卡端口。

*CanRecvMsg;接收CAN卡數(shù)據(jù)，打開CAN卡時必須具有GENERIC_READ權(quán)限。

*CanSendMsg;通過CAN卡發(fā)送數(shù)據(jù)。打開CAN卡時必須具有GENERIC_WRITE權(quán)限。

*CanIOControl;設(shè)置或獲取CAN卡I/O參數(shù)支持的I/O控制包括：IOCTL_CAN_CONFIG，IOCTL_CAN_RESET，IOCTL_CAN_TIMEOUT，IOCTL_CAN_SENDREADY，IOCTL_CAN_RECVREADY。

下面是CanSendMsg函數(shù)實現(xiàn)的代碼：

BOOL CanSendMSg（

HANDLE hCan，

LPCanCardMessageBuflpMsg）

{

if（！hCan||INVALID_HANDLE_VALUE= =hCan||

！lpMsg||lpMsg-》dwMessageLen》8）return FALSE;

return CAN_SendMessage（LPCAN_HW_OPEN_INFO）

hCan，lpMsg）;

該函數(shù)就是通過封裝CAN卡的底層驅(qū)動函數(shù)SendMessage來實現(xiàn)的，這樣將功能集中的五個函數(shù)更方便了用戶使用。

結(jié)語

程序開發(fā)的上位機是普通的PC機，軟件環(huán)境是：Windows2000 Professional、Embedded Visual C++4.0、與下位機中WinCE.NET對應(yīng)的SDK，該SDK是在用Platform Builder 4.0定制WinCE時編譯生成的。下位機使用的硬件是研華的嵌入式PC104主板PCM3346N，操作系統(tǒng)為WinCE.ENT。

本文設(shè)計開發(fā)的驅(qū)動已經(jīng)在北京懷柔的變電站項目中得到成功的應(yīng)用，CAN卡通信穩(wěn)定，系統(tǒng)在WINCE.NET下運行可靠，保證了項目的順利實施。

責(zé)任編輯：gt