CAN总线在嵌入式Linux下驱动程序的实现

　　1 引言

　　基于嵌入式系统设计的工业控制装置，在工业控制现场受到各种干扰，如电磁、粉尘、天气等对系统的正常运行造成很大的影响。在工业控制现场各个设备之间要经常交换、传输数据，需要一种抗干扰性强、稳定、传输速率快的现场总线进行通信。文章采用CAN总线，基于嵌入式系统32位的S3C44B0X微处理器，通过其SPI接口，MCP2510 CAN控制器扩展CAN总线;将嵌入式操作系统嵌入到S3C44B0X微处理器中，能实现多任务、友好图形用户界面;针对S3C44B0X微处理器没有内存管理单元MMU，采用uClinux嵌入式操作系统。这样在嵌入式系统中扩展CAN设备关键技术就是CAN设备在嵌入式操作系统下驱动程序的实现。文章重点解决了CAN总线在嵌入式操作系统下驱动程序实现的问题。对于用户来说，CAN设备在嵌入式操作系统驱动的实现为用户屏蔽了硬件的细节，用户不用关心硬件就可以编出自己的用户程序。实验结果表明驱动程序的正确性，能提高整个系统的抗干扰能力，稳定性好，最大传输速率达到1Mb/s;硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。

　　2 系统硬件设计

　　系统采用S3C44B0X微处理器,需要扩展CAN控制器。常用的CAN控制器有SJA1000和MCP2510,这两种芯片都支持CAN2.0B标准。SJA1000采用的总线是地址线和数据线复用的方式，但是嵌入式处理器外部总线大多是地址线和数据线分开的结构，这样每次对SJA1000操作时需要先后写入地址和数据2次数据，而且SJA1000使用5V逻辑电平。所以应用MCP2510控制器进行扩展，收发器采用82C250。MCP2510控制器特点：1.支持标准格式和扩展格式的CAN数据帧结构(CAN2.0B);2.0～8字节的有效数据长度，支持远程帧;3.最大1Mb/s的可编程波特率;4.2个支持过滤器的接受缓冲区，3个发送缓冲区;5.SPI高速串行总线，最大5MHz;6.3～5.5V宽电压范围供电。MCP2510工作电压为3.3V，能够直接与S3C44B0X微处理器I/O口相连。为了进一步提高系统抗干扰性，可在CAN控制器和收发器之间加一个光隔6N137。其结构原理框图如图1：

　　3 CAN设备驱动程序的设计

　　Linux把设备看成特殊的文件进行管理，添加一种设备，首先要注册该设备，增加它的驱动。设备驱动程序是操作系统内核与设备硬件之间的接口，并为应用程序屏蔽了硬件细节。在linux中用户进程不能直接对物理设备进行操作，必须通过系统调用向内核提出请求，由内核调用相应的设备驱动。因此首先建立Linux设备管理、设备驱动、设备注册、Linux中断这几个概念。

　　3.1 Linux的设备管理

　　Linux支持各种各样的外围设备,对这些设备的管理通称为设备管理。设备管理分为两部分：一部分是驱动程序的上层，与设备无关的，这部分根据输入输出请求，通过特定的设备驱动程序接口与设备进行通信;另一部分是下层，与设备有关的，通常称为设备驱动程序，它直接与硬件打交道，并且向上层提供一组访问接口。Linux设备管理为了对设备进行读、写等操作，把物理设备逻辑化，把它看成特殊的文件，称为设备文件，采用文件系统接口和系统调用来管理和控制设备。Linux把设备分为三类，块设备、字符设备和网络设备。每类设备都有不同管理控制方式和不同的驱动程序，这样方便于对系统进行裁减。Linux内核对设备的识别是根据设备类型和设备号。在字符设备中使用同一个驱动程序的每种设备都有唯一的主设备号。CAN设备通过在/vendor/Samsung/44b0/Makefile文件下设置设备类型和设备号分别为can、125。