基于CAN总线连接的MEGA8远距离在线升级方案

　　1、系统总体设计方案

　　1.1 系统的拓扑结构

　　CAN(Controller Area Network)即控制器局域网，是目前广泛应该的总路线之一。CAN总线通信距离限制小,它的直接通信距离最大可达10km，最高通信速率可以达1Mb/s(此时距离最长为40m)，节点数可多达110个。因此它特别适合于工业远程过程监控设备的互联和电网络设备的调试和维护。基于CAN总线的分布式控制系统的一般组成模式如图1所示。上位机PC机通过RS-232连接到总线上某一智能节点。可以对安装在现场某些节点的程序进行远距离在线升级和改变某些功能，因此利用CAN总线进行单片机的在线编程就显得非常必要。

图1 基于CAN总路线的分布式控制系统

　　根据图1所示的CAN总线分布式系统的结构，在线编程采用主从结构。智能节点1为主节点，其它节点为从节点。节点采用ATMEL公司推出的AVR系列单片机MEGA8，内含8K FLASH程序存储器，1K的内部SRAM，512字节的内部EEPROM。为了便于升级，除了提供ISP即在线编程功能(In System Programming)以外，还提供了BOOT引导功能，为实现IAP即在应用中编程(In Application Programming)为系统升级提供了可能。

　　1、2 节点升级过程

　　主节点在编程监控模式下，接收PC机发送的“编程”命令，若编程节点为主节点，则程序可以通过RS-232下载到主节点，主节点接收编程数据，完成 FLASH的在线编程，此时，从节点分别执行各自缺省的应用程序。若编程节点为从节点，则主节点就通过CAN总线进行广播，全部从节点监控包括被选择节点 ID号在内的“编程初始信息”，并与各自的节点ID进行比较，被选择的从节点与主节点和PC机建立编程通信连接，其它从节点继续运行其缺省应用程序，从而实现了在线升级功能。可见，在从节点编程模式下，主节点在PC机的RS-232总线与从节点的CAN总线之起着路由器的作用。

　　1、3 CAN总线系统智能监控节点

　　CAN总线系统智能监控节点由5部分组成：微控制器Mega8，并串转换电路，独立CAN控制器SJA1000，CAN总线驱动器TJA1050和高速光电耦合6N137。如图2所示

图2 CAN智能监控节点硬件原理图

　　为了提高稳定性和安全性，在SJA1000的TX0和RX0与TJA1050的TXD和RXD相连时，采用了高速光电耦合6N137，并且两个光电耦合器各自连接两个完全隔离的电源，这样就很好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。在SJA1000与Mega8通信中，中间加入了一个并串转换电路。除了给Mega8留出更多的引脚用于外围电路外，更重要的是传输多位数据时，可以通过并串转换电路，连接到Mega8单片机的通用同/异步串行接口 USART的RXD与TXD引脚。把接收过进来的数据送入USART数据寄存器UDR中，通过ID认证后，进入FLASH编程监控程序，进行自编程修改，达到升级的目的。