基于WinCE 环境的CAN 适配卡驱动程序的设计与实现

摘要：简要介绍了嵌入式实时操作系统WinCE环境下驱动程序的设计原理和CAN总线技术，并详细分析了依托PC/104总线的CAN适配卡底层驱动程序的设计与实现。

1.引言

WinCE 是一种为多种嵌入式系统和产品设计的紧凑、高效、可升级的操作系统，WinCE 采用标准模式，其最主要的特征：为有限的硬件资源提供了多线程、多任务和完全优先级的 计算环境。

WinCE 操作系统支持两种类型的驱动程序：[1]本地驱动程序(Build-In)，是把设备驱动程 序作为独立任务实现，直接在顶层任务中实现硬件操作，完成特有专用的驱动程序;流接口 驱动程序，WinCE 的I/O 系统将设备程序作为内核过程实现，这种方式便于实现I/O 子系统 的层次模型，便于文件系统一起把设备作为特殊文件处理，提供统一的管理、统一的界面和 统一的使用方法，并把设备、文件及网络通信组织成为一致的更高层次的抽象，为用户提供 统一的系统服务和用户接口。驱动程序封装了将这些命令转换为它所控制的设备上的适当操 作所需的全部信息。

流接口驱动程序有在启动时加载和动态加载两种方式。本文实现的在 WinCE 环境下流结构的PC/104-CAN 驱动程序是在系统启动时加载的。

2. CAN 总线技术简介

CAN总线是德国Bosch 公司开发的一种串行数据通信协议，CAN 总线属于总线式串行 通讯网络，具有总线为多主方式工作且无需站地址节点信息、CAN 网络上的节点信息分成 不同的优先级、总线冲突仲裁时间低和总线的通信介质选择灵活等优点[2]。 CAN 适配卡的核心工作单元是它的控制器，控制器SJA1000 的组织结构如图1 所示。

其中，接口管理逻辑(IML)：[3]它接收来自微控制器的命令，控制CAN 寄存器的寻址，并向微控制器提供中断和状态信息;发送缓存器：存贮发送到CAN 网络上的完整信息;位 流处理器(BSP)：是一个控制发送缓存器和接收缓存器与CAN 总线之间控制数据流的程序 装置，同时具有执行错误检测、仲裁、总线填充和错误处理的能力;位定时逻辑(BTL)单 元：主要监视串口的CAN 总线，并处理与总线有关的位时序，使SJA1000 同步于CAN 总 线上的位流;错误管理逻辑(EML)：主要完成接收BSP 的出错报告，并按照CAN 协议完 成错误界定， 从而使 BSP 和IML 进行错误统计。

CAN 适配卡的硬件网络工作环境示意图如图2 所示。

图2 中，通用微机的操作系统是WinCE，上位通用微机通过PC/104 总线与CAN 接口 适配卡相连，CAN 接口适配卡与具有CAN 接口的串行芯片通过CAN 总线进行数据交换， 所采用的协议是CAN 协议。在CAN 协议中，报文的表示、传送和控制主要由4 种类型的 帧来完成[4]：数据帧，携带数据信息，由发送器发送到接收器;远程帧，主要用于请求发送 具有相同标识符的数据帧，是通过总线发送的;出错帧标识总线错误，由检测出总线错误的 任何总线单元产生;超载帧主要为当前的和后续的数据帧提供附加延迟。

3 CAN 适配卡驱动程序的设计与实现

从引言部分可知，流接口可以为各种设备提供统一的访问接口，可以是字符设备、块设 备、虚拟设备和网络设备等。CAN 适配卡驱动程序的主要流程为[5]：应用程序调用函数 CreateFile 获取CAN 设备句柄，文件系统将会调用CAN 驱动例程中的CAN_Open 来响应应 用程序的请求。当应用程序调用ReadFile 函数读取CAN 设备上的字符时，文件系统将会调 用CAN 驱动例程中的CAN_Read 函数来读取CAN 设备上的字符。

对于本文流接口的驱动程序而言，是通过实现如下几个模块来实现驱动的：CAN_Open、 CAN _Close、CAN _Read、CAN _Write、CAN _IoControl 和CAN _Init 等模块。其中CAN _Init 模块是系统启动时由文件系统自动调用的，主要完成设备的初始化工作。另外，对于流接口 驱动程序可选函数CAN _PowerUp 和CAN _PowerDown，主要实现电源管理的功能。

限于篇幅，本文仅对主要的 CAN_Write 模块、CAN_Read 模块和中断服务线程模块的 实现作如下详细详细讨论。

3.1 CAN_Write 模块的实现

当 CAN 适配卡控制器在发送报文时，发送缓冲区对写操作是锁定的，这样CPU 必须 检查状态寄存器的发送缓冲区状态标志TBS，以确定可以将一个新报文写入发送缓冲区中， 当发送缓冲区被锁定(即标志TBS=0)时，CPU 周期性地查询状态寄存器，等待发送缓冲 区被释放;当发送缓冲区被释放(即标志TBS=1)时，CPU 将新报文写入发送缓冲区中， 并置命令寄存器的发送请求标志TR，该标志导致发送的启动。一旦发送成功中断产生，表 明CAN 报文已经发送成功。重复上面的工作就可以完成发送多个CAN 报文的工作。 CAN_Write 模块的流程图如图3 所示。

3.2 CAN_Read 模块的实现

如果 CAN 接收到一个报文，该报文通过验收滤波器验收并放入接收FIFO，则产生一个 接收中断。中断服务程序接收到这个中断后，将这个接收到的报文传送到由驱动程序维护的 报文存储区中，并置位命令寄存器的释放缓存区标志RRB。CAN_Read 函数并不等待来自 CAN 控制器的接收报文成功中断，而是读取保存在由驱动程序维护的报文存储区中的报文。 CAN_Read 函数的流程图如图4 所示。

驱动程序中的另外两个模块主要由 CAN_Close 、CAN_IoControl 函数来完成，前者主 要负责在关闭CAN 句柄时资源的回收任务，后者主要用于设置CAN 的工作参数，如波特 率，报文格式等，在此不作过多介绍。

4 结束语

本文的 CAN 适配卡驱动程序的开发环境：上位机是普通的PC 机，下位机的操作系统 是WinCE，硬件是深圳蓝天工控有限公司的嵌入式PC/104 总线主板PCM3568。驱动程序 已经过测试、验收。CAN 适配卡驱动程序运行可靠、通信稳定。产品已经被多个产家应用 于实际的工业控制领域。