[发明专利]基于Linux的CAN总线扩展系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于Linux的CAN总线扩展系统和方法，包括：MPU微处理器、扩展总线接口EBI、控制逻辑转换器、总线驱动器、CAN控制器、CAN收发器；MPU访问CAN控制器；EBI产生数据总线信号、地址总线信号和第一控制逻辑信号，将数据总线信号、地址总线信号和第一控制逻辑信号传输至I/O端口上；控制逻辑转换器将地址总线信号和第一控制逻辑信号转换成访问CAN控制器所需的第二控制逻辑信号；总线驱动器在第一控制逻辑信号的控制下对数据总线信号传输方向进行控制；CAN控制器在第二控制逻辑信号和总线驱动器共同驱动下，实现与CAN收发器的接收与发送。本发明数据访问速度快，出错几率小，可以同时驱动多个CAN控制器并行工作，摆脱了计算机体积、电源的限制。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种基于Linux的CAN总线扩展系统及方法。

背景技术

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)的简称，是由研发和生产电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准(ISO 11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

一个可用的CAN网络节点包括CAN控制器与CAN收发器，CAN收发器用于物理层信号的接受、发送，将单端信号与CAN总线上的差分信号互相转换，现有产品如MCP2551、TJA1050、TJA1040等；CAN控制器用于CAN网络的波特率设置、报文滤波设置、报文接受与发送、传输错误等的控制。现有的大部分32位的ARM微处理器MCU内部集成了CAN控制器，例如STM32系列、LM3S系列、LPC系列单片机，还有外置的如MCP2515、SJA1000等。

现有技术方案一：如图1所示，采用单个ARM处理器，内部集成CAN控制器、USB接口，一端通过CAN收发器与CAN总线相连，另一端通过USB虚拟串口(VCP)与上位机USB接口相连，只需要将虚拟串口数据或指令通过ARM处理器转换成CAN控制器的配置与报文的收发处理。

现有技术方案二：如图2所示，采用单个ARM、MSP430或者8051处理器，内部集成SPI控制器、USB接口，一端通过SPI接口与外置的CAN控制器相连，CAN控制器通过收发器与CAN总线相连，另一端通过USB虚拟串口(VCP)与上位机USB接口相连。

现有技术方案三：如图3所示，采用单个MSP430或者8051处理器，具有带ALE(Address Latch Enable)地址锁存的外部扩展总线、USB接口，一端通过外部总线接口与外置并行CAN控制器相连，CAN控制器通过收发器与CAN总线相连，另一端通过USB虚拟串口(VCP)与上位机USB接口相连。

传统的个人计算机(PC)实现对CAN总线分析与调试，一般通过以下三种技术手段：一、使用PCI-Express(PCI-E)接口的CAN总线协议采集卡；二、采用USB转CAN调试器，三、CAN总线分析仪，例如致远电子的CANScope总线协议分析仪。

无论采用PCI-E的CAN总线采集卡、USB转CAN或者CAN分析仪，设备或者装置均无法脱离计算机、笔记本单独使用，这在很多工业现场应用环境下，不具备这样的体积空间与电源要求；采用现有的技术，均是有所取舍，或者造价昂贵、功能复杂，或者价格低廉性能降低，效率低下，出错概率高；采用现有的技术方案，CAN总线的扩展性能均比较差，只能同时调试单个/两个CAN网络。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提高CAN总线访问效率，减少出错几率。