1、課程的主要內(nèi)容SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu) SJA1000地址分配 寄存器功能和緩沖器工作原理 CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 5.1 SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu) SJA1000是飛利浦公司半導(dǎo)體公司在1997年研制的一款獨(dú)立CAN通信控制器它完整實(shí)現(xiàn)CAN2.0A和CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)，用于取代早期產(chǎn)品PCA82C200。由于其在系統(tǒng)優(yōu)化、診斷、錯(cuò)誤處理和維護(hù)方面進(jìn)行性能提升，它在汽車制造和其它的工業(yè)領(lǐng)域得到十分廣泛的應(yīng)用。 5.1 SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與PCA82C200 兼容性擴(kuò)展的接收緩沖器同時(shí)支持11 位和29 位標(biāo)識(shí)符位速率可達(dá)1Mbits/sPeliCAN 模式擴(kuò)展功能增強(qiáng)的溫度適應(yīng)可編程的CAN 輸出驅(qū)

2、動(dòng)器配置對(duì)不同微處理器的接口5.2 SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.2 SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CAN總線控制器SJA1000主要包含接口管理邏輯、發(fā)送、接收緩沖器、驗(yàn)收濾波器、錯(cuò)誤管理邏輯、位時(shí)序邏輯和位流處理器。接口管理邏輯負(fù)責(zé)連接外部主控制器，該控制器可以是微型控制器或任何其它器件，它通過復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線訪問其內(nèi)部寄存器和控制讀/寫選通信號(hào)。 發(fā)送緩沖器是主控制器和位流處理器之間的接口，能夠存儲(chǔ)發(fā)送到CAN 網(wǎng)絡(luò)上的完整信息，緩沖器長(zhǎng)13 個(gè)字節(jié)。 5.2 SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)接收緩沖器用來儲(chǔ)存從CAN 總線上接收的信息，是驗(yàn)收濾波器和主控制器之間的接口。接收緩沖器是接收隊(duì)列的接收窗口，共

3、13個(gè)字節(jié)。 位流處理器控制發(fā)送緩沖器、接收隊(duì)列和CAN總線之間的數(shù)據(jù)流，執(zhí)行CAN 總線上的錯(cuò)誤檢測(cè)、位仲裁、位填充和相應(yīng)錯(cuò)誤處理。 位時(shí)序邏輯檢測(cè)與總線有關(guān)的位時(shí)序。在啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送，總線由隱性位向顯性位跳變時(shí)，它會(huì)啟動(dòng)硬同步，保持與總線位流的同步。在數(shù)據(jù)傳輸過程，如果總線再次出現(xiàn)由隱性位向顯性位跳變時(shí)，位時(shí)序邏輯仍然需要負(fù)責(zé)同步即重同步，也稱軟同步。5.2 SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤管理邏輯負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的界定。它可以接收來自位流處理器的錯(cuò)誤通知，并可向位流處理器和接口管理邏輯提供錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)信息，從而決定CAN節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的錯(cuò)誤活動(dòng)狀態(tài) 5.2 SJA1000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.3 SJA1000地址

4、分配它是一種存儲(chǔ)器映射的I/O設(shè)備。與之相接的微處理器可以像操作自己內(nèi)部的隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器RAM一樣來使用SJA1000的寄存器。地址的分配有兩種形式，一種是基本CAN模式，另一種是PeliCAN模式。不管哪種分配模式，它的地址區(qū)域均包含了控制段和報(bào)文緩沖區(qū)。 控制段可以在通信控制器初始化時(shí)配置通信參數(shù)。微處理器通過設(shè)置控制段或者讀取控制段來管理SJA1000的通信活動(dòng)。 報(bào)文緩沖區(qū)由發(fā)送緩沖器和接收緩沖隊(duì)列RXFIFO組成。 5.3 SJA1000地址分配SJA1000的寄存器可以工作在復(fù)位和運(yùn)行兩種模式。CAN節(jié)點(diǎn)上電或者處理總線關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)候，SJA1000通信控制器自動(dòng)進(jìn)入復(fù)位模式。在完

5、成相關(guān)的通信參數(shù)配置后，可以使得控制器處于運(yùn)行模式。 各種不同狀態(tài)下，寄存器的含義是不相同的。5.3 SJA1000地址分配5.3 SJA1000地址分配5.3 SJA1000地址分配5.3 SJA1000地址分配5.3寄存器功能和緩沖器工作原理模式（MOD）寄存器 命令寄存器（CMR） 狀態(tài)寄存器（SR） 中斷寄存器和中斷使能寄存器仲裁丟失捕捉寄存器和相關(guān)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)寄存器 發(fā)送緩沖器 接收緩沖器以及相關(guān)寄存器 驗(yàn)收碼寄存器（ACR）和驗(yàn)收屏蔽寄存器（AMR） 總線定時(shí)寄存器 時(shí)鐘分頻寄存器（CDR） 模式（MOD）寄存器SM位，它置1表示復(fù)位模式，置0則是運(yùn)行模式 LOM為1，則節(jié)點(diǎn)只能偵聽總

6、線的狀態(tài)，即使收到正確的總線報(bào)文后，也不能發(fā)出確認(rèn)幀，同時(shí)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器也要停止工作。自身測(cè)試位STM此位置1，則節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入自測(cè)試狀態(tài)。驗(yàn)收濾波模式位（AFM），置1是單濾波，為0是雙濾波。睡眠模式位（SM），置1是睡眠狀態(tài)，為0是喚醒狀態(tài)。復(fù)位模式下，不能設(shè)置SM位。 命令寄存器CMR是只寫寄存器，如果讀它的話，則會(huì)讀到0值。相鄰的兩次設(shè)置CMR，應(yīng)至少間隔一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，以便進(jìn)行相應(yīng)的處理。 TR位置1表明有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，AT位置1表示等待發(fā)送的數(shù)據(jù)取消發(fā)送，RRB位置位說明接收緩沖隊(duì)列釋放空間，CDO位置位則清除數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)，SRR位寫入1則進(jìn)入自接收請(qǐng)求狀態(tài)，即發(fā)送自身數(shù)據(jù)信息時(shí)同時(shí)也

7、開始接收。 狀態(tài)寄存器（SR）b0位說明接收緩沖器狀態(tài)，置1表示有數(shù)據(jù)報(bào)文存于緩沖區(qū)中，值為0則沒有可用數(shù)據(jù)；b1位是數(shù)據(jù)溢出狀態(tài)，置1時(shí)說明接收緩沖溢滿；b2位是發(fā)送緩沖器狀態(tài)，置1時(shí)發(fā)送緩沖器可以寫入待發(fā)送的報(bào)文，否則微處理器不能訪問發(fā)送緩沖器；b3位是發(fā)送完畢狀態(tài)，置1是表明上次發(fā)送操作完成；b4、b5位分別代表接收和發(fā)送狀態(tài)，它們各自置1時(shí)，說明CAN控制器正在接收或發(fā)送；b6來表示錯(cuò)誤狀態(tài)，置1時(shí)表示有錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器超過報(bào)警線；b7位用來說明總線狀態(tài)，置位時(shí)總線關(guān)閉。 中斷寄存器和中斷使能寄存器當(dāng)接收到報(bào)文或者發(fā)送緩沖器狀態(tài)位有0到1的跳變時(shí)，中斷寄存器中RI或TI就會(huì)置位，提醒微處理器

8、進(jìn)行相應(yīng)的接收數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)發(fā)送處理。EI位是錯(cuò)誤報(bào)警中斷，當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤或總線狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，此位置1。DOI、WUI分別是數(shù)據(jù)溢出中斷和喚醒中斷。EPI、ALI和BEI分別在CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)入被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)、丟失仲裁和總線出錯(cuò)時(shí)置位。中斷使能寄存器可以通過對(duì)其一位或多位置1來選擇中斷功能，如果置0，則禁止相應(yīng)的中斷服務(wù)。 仲裁丟失捕捉和錯(cuò)誤計(jì)數(shù)寄存器仲裁丟失時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，且會(huì)根據(jù)仲裁丟失的位置送至ALU中相應(yīng)的位。由于CAN擴(kuò)展幀只有29位標(biāo)示符，加上SRR、IDE和RTR位，共32位，故它只需用了低5位來描述仲裁的位置，位置范圍為031 。軟件讀取ALU時(shí)，新的仲裁丟失捕捉才會(huì)有效。

9、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)由4個(gè)寄存器來共同完成：錯(cuò)誤編碼捕捉寄存器（ECC）、錯(cuò)誤報(bào)警限制寄存器（EMLR）、接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)寄存器（RXERR）和發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)寄存器（TXERR）。 EMLR定義了報(bào)警的條件，硬件復(fù)位時(shí)它的值為96，此時(shí)也可以設(shè)置其它的數(shù)值，但是不能在運(yùn)行模式時(shí)去修改該寄存器的數(shù)值。RXERR和TXERR反映了當(dāng)前CAN控制器的接收和發(fā)送幀的錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)狀況，它們同樣只能在復(fù)位模式修改它們的值，運(yùn)行模式時(shí)它們是只讀的。 仲裁丟失捕捉和錯(cuò)誤計(jì)數(shù)寄存器ECC記錄所有的錯(cuò)誤類型和錯(cuò)誤位置信息，它的位功能：ECC高2位可以表示位出錯(cuò)、格式出錯(cuò)、位填充出錯(cuò)和其它錯(cuò)誤4種錯(cuò)誤類型；它的b5位置1時(shí)為接收出錯(cuò)，為

10、0是發(fā)送出錯(cuò)；低5位CAN幀出錯(cuò)的位置信息。 發(fā)送緩沖器長(zhǎng)13個(gè)字節(jié)，地址區(qū)是16到28。它由描述符區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)組成，發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)同樣也要分標(biāo)準(zhǔn)幀（SFF）和擴(kuò)展幀（EFF）。描述符區(qū)的第一字節(jié)是幀信息，說明了數(shù)據(jù)幀的幀格式、遠(yuǎn)程或數(shù)據(jù)幀和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。幀信息的b7置1時(shí)是擴(kuò)展幀，否則為標(biāo)準(zhǔn)幀；b6置1時(shí)是遠(yuǎn)程幀，否則是數(shù)據(jù)幀；b4和b5不會(huì)影響CAN幀的判斷；b0至b3共4位，給出后面數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。 接收緩沖器以及相關(guān)寄存器接收緩沖器以及相關(guān)寄存器 接收緩沖器是接收緩沖隊(duì)列的訪問窗口，位于CAN地址1628，結(jié)構(gòu)與發(fā)送緩沖器類似，也是由描述符區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)組成 。接收緩沖隊(duì)列共有64個(gè)字節(jié)的空間，一次可

11、以存儲(chǔ)多少條報(bào)文取決于數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。如果沒有足夠的空間來存儲(chǔ)新的信息，CAN 控制器會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出條件，部分寫入 的信息將被刪除。 RXFIFO中接收?qǐng)?bào)文數(shù)量可以從接收?qǐng)?bào)文計(jì)數(shù)寄存器（RMC）讀取，每當(dāng)接收一個(gè)報(bào)文時(shí)，RMC會(huì)自動(dòng)增1，而釋放一次緩沖器則減1。 發(fā)送緩沖器起始地址寄存器（RBSA）則給出當(dāng)前存儲(chǔ)接收緩沖器窗口中報(bào)文的內(nèi)部RAM 地址。RBSA在運(yùn)行模式中是只讀的，在復(fù)位模式中是可讀/寫的。 驗(yàn)收碼和驗(yàn)收屏蔽寄存器CAN總線的過濾機(jī)制是通過ACR和AMR共同完成的。只有通過ACR和AMR檢測(cè)的報(bào)文，才能夠存放到接收緩沖器中。其中ACR中定義了接收的位模式，AMR則規(guī)定了報(bào)文標(biāo)識(shí)符是

12、否應(yīng)和驗(yàn)收碼匹配。ARM中某位為0，就說明此位必須要進(jìn)行匹配過濾檢測(cè)。CAN總線支持兩種檢測(cè)方式：?jiǎn)螢V波器模式和雙濾波器模式。 單濾波器模式單濾波器模式時(shí)，4個(gè)ACR和4個(gè)AMR構(gòu)成32位的驗(yàn)收碼和驗(yàn)收屏蔽碼。如果接收是標(biāo)準(zhǔn)幀的話，那么標(biāo)準(zhǔn)幀的11位標(biāo)識(shí)符、遠(yuǎn)程請(qǐng)求位以及數(shù)據(jù)幀的前2個(gè)字節(jié)參與過濾，ACR1和AMR1的低4位不會(huì)參與過濾。如果是擴(kuò)展幀，那么就是29位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程請(qǐng)求位參與過濾，ACR3和AMR3的低2位保留。 單濾波器模式報(bào)文到達(dá)CAN節(jié)點(diǎn)時(shí)，會(huì)比較報(bào)文的位是否與ACR中的位相等（AMR中相應(yīng)位置0），如果相應(yīng)的位全部符合要求，則此報(bào)文可以接收到存儲(chǔ)區(qū)中。 雙濾波器模式濾波器模

13、式時(shí)，由兩個(gè)16位的驗(yàn)收碼和驗(yàn)收屏蔽碼完成過濾，即ACR0、ACR1和AMR0、AMR1形成第一個(gè)16位的過濾器1，剩下的構(gòu)成第2個(gè)過濾器2。一條接收的報(bào)文要和兩個(gè)濾波器比較來決定是否放入接收緩沖器中，其中一個(gè)濾波器發(fā)出接收信號(hào)，即可接收?qǐng)?bào)文。接收的是標(biāo)準(zhǔn)幀時(shí)，兩個(gè)過濾器的高12位主要定義11標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程請(qǐng)求位的過濾方法，過濾器1低4位定義第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的高4位的過濾規(guī)則，低4位過濾由過濾器2的低4位完成。如果接收的是擴(kuò)展幀時(shí)，則兩個(gè)過濾器都是對(duì)標(biāo)識(shí)符的高16位進(jìn)行過濾。 總線定時(shí)寄存器-位定時(shí) 同步段用于同步總線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，在此段內(nèi)期望有一個(gè)跳變沿出現(xiàn)。如果跳變沿出現(xiàn)在同步段之外，那么它與

14、同步段之間的長(zhǎng)度叫做跳變沿相位誤差。 傳播段用于補(bǔ)償總線上信號(hào)傳播時(shí)間和電子控制設(shè)備內(nèi)部的延遲時(shí)間。因此，要實(shí)現(xiàn)與位流發(fā)送節(jié)點(diǎn)的同步，接收節(jié)點(diǎn)必須移相。CAN總線非破壞性仲裁規(guī)定，發(fā)送位流的總線節(jié)點(diǎn)必須能夠收到同步于位流的CAN總線節(jié)點(diǎn)發(fā)送的顯性位。它是總線上輸入比較器延時(shí)和輸出驅(qū)動(dòng)器延時(shí)總和的兩倍。 總線定時(shí)寄存器-位定時(shí)相位緩沖段1和相位緩沖段2用于補(bǔ)償跳變沿相位誤差，通過重新同步它們可能被延長(zhǎng)或縮短。當(dāng)總線發(fā)生從隱性位到顯性位跳變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生同步，其作用是控制跳變沿與采樣點(diǎn)之間的距離。 采樣點(diǎn)位于相位緩沖段1之后，是讀總線電平并解釋各位值的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，其后就是信息處理時(shí)間。每段由若干個(gè)的時(shí)

15、間份額組成，所謂時(shí)間份額是指于基于振蕩器周期的固定時(shí)間單元，可由振蕩器分頻而得到，其表達(dá)式如下 時(shí)間份額= m最小時(shí)間份額 總線定時(shí)寄存器-同步 CAN 協(xié)議的通信編碼為不歸零NRZ方式。各個(gè)位的開頭或者結(jié)尾都沒有附加同步信號(hào)。由于總線出現(xiàn)連續(xù)相同位的最大數(shù)量是確定的，因此可以利用總線從一位值轉(zhuǎn)換到另一位值的過渡過程將節(jié)點(diǎn)同步于位流。可用于重同步的兩次跳變之間的最大長(zhǎng)度為29個(gè)位時(shí)間。 但是，發(fā)送單元和接收單元存在的時(shí)鐘頻率誤差及傳輸路徑上的（電纜、驅(qū)動(dòng)器等）相位延遲會(huì)引起同步偏差。因此接收單元通過硬件同步或者再同步的方法調(diào)整時(shí)序進(jìn)行接收。在幀的起始位時(shí)，總線會(huì)進(jìn)行一次硬同步。硬同步后,位時(shí)間

16、由每個(gè)位定時(shí)邏輯單元在同步段之后重新啟動(dòng)，強(qiáng)迫引起硬同步的跳變沿處于重新啟動(dòng)位時(shí)間的同步段內(nèi) 總線定時(shí)寄存器-同步當(dāng)引起重同步的跳變沿相位錯(cuò)誤幅值小于或等于同步跳轉(zhuǎn)寬度的數(shù)值時(shí)，重同步導(dǎo)致位時(shí)間的延長(zhǎng)或縮短，使采樣點(diǎn)處于適當(dāng)?shù)奈恢谩．?dāng)跳變沿相位誤差幅值大于重同步跳轉(zhuǎn)寬度時(shí)，如果相位誤差為正，相位緩沖段1延長(zhǎng)數(shù)值等于同步跳轉(zhuǎn)寬度；如果相位誤差為負(fù)，相位緩沖段2縮短數(shù)值等于同步跳轉(zhuǎn)寬度。 除了噪聲以外，絕大多數(shù)的同步都是由仲裁引起的，總線上的所有節(jié)點(diǎn)都要同步于最先開始發(fā)送的節(jié)點(diǎn) 。如果最先發(fā)送的節(jié)點(diǎn)沒有贏得總線仲裁，那么所有的接收節(jié)點(diǎn)都要重新同步于獲得總線仲裁的節(jié)點(diǎn)。確認(rèn)場(chǎng)的情況也是如此，總線上的

17、接收節(jié)點(diǎn)都要同步于最先發(fā)送顯性位的節(jié)點(diǎn)。但是當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘周期不同并經(jīng)過多次同步累加起來，振蕩器容差會(huì)導(dǎo)致同步在仲裁場(chǎng)之后出現(xiàn)。 總線定時(shí)寄存器總線定時(shí)機(jī)制主要由總線定時(shí)寄存器0（BTR0）和總線定時(shí)寄存器1（BTR1）共同完成。總線定時(shí)寄存器0規(guī)定了波特率預(yù)設(shè)比例因子BRP（它由BRP.0 BRP.5共同組成）和同步跳轉(zhuǎn)寬度SJW（SJW.0.和SJW.1組成）。 BRP用于決定控制器系統(tǒng)工作時(shí)鐘周期tSCL，從而確定各個(gè)位時(shí)間，其計(jì)算方法如下： CAN總線上控制器的時(shí)鐘晶振間會(huì)存在相位偏差，控制器需通過總線電平的邊沿跳變來實(shí)現(xiàn)重同步，以補(bǔ)償相位差。同步跳轉(zhuǎn)寬度定義了位時(shí)間內(nèi)重同

18、步而造成增加或減少的最大時(shí)鐘周期，其計(jì)算方法如下。 總線定時(shí)寄存器1 SAM寫入1時(shí)，總線在位時(shí)間會(huì)采集3次，常在低或中速網(wǎng)絡(luò)使用，而寫入0時(shí)，只會(huì)采樣1次。TSEG1和TSEG2是位時(shí)間中的相位緩沖段1和相位緩沖段2，它們確定位時(shí)間的時(shí)鐘周期數(shù)和采樣點(diǎn)的具體位置。 時(shí)鐘分頻寄存器（CDR） 時(shí)鐘分頻寄存器控制著CLKOUT引腳 的輸出頻率、TX1引腳上的接收中斷脈沖、接收比較器旁路和BasicCAN模式與PeliCAN模式的選擇 。硬件復(fù)位后，寄存器的默認(rèn)值在摩托羅拉模式下是12分頻或Intel模式下為2分頻。 時(shí)鐘分頻寄存器b3置位時(shí)則關(guān)閉CLKOUT引腳的輸出；b5置位，那么接收到報(bào)文就會(huì)啟動(dòng)一個(gè)中斷脈沖；b6置位就會(huì)旁路內(nèi)部的輸入比較器，減少報(bào)文內(nèi)部的延遲；b7提供模式選擇，為0就會(huì)工作在BasicCAN模式下，為1則工作在PeliCAN模式下。 CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) SJA1000初始化的實(shí)現(xiàn)代碼CLR EX0; MOV DPTR，#7F00H; /設(shè)置SJA1000起始地址MOV A，#09H;MOVX DPTR，A; /進(jìn)入復(fù)位模式、選擇單濾波方式MOV DPTR，#7F1FH; MOV A，#80H;MOVX DPTR，A; /選擇增強(qiáng)CAN模式、時(shí)鐘不輸出MOV DPTR#