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基于CAN总线的运动控制系统设计

TIME:2019-03-11   click:

  控制器,软件上采用具有网络功能强、性能稳定、移植性好的μCLi nux作为操作系统。基于总线的运动控制系统,主要由1个主节点(主控制器节点)、若干个从节点(电机控制节点)以及1台构成,主节点与从节点之间通过CAN总线进行通信,主节点与计算机之间则通过以太网进行通信,如图1所示。

  主节点主要功能包括:1)通过CAN总线发送电机控制信息给从节点,并接收各从节点的反馈信息:2)通过以太网与计算机监控端进行通信,以实现远程监控。

  主节点采用的LPC2294基于ARM7TDMI内核的32位处理器,带有256kB高速FLASH、16kB静态RAM,内部集成4路CAN控制器,支持SR★-●=•▽AM、FALSH扩展。由于LPC2294内部集成CAN,因此外部只需CAN收发器与之连接。CAN收发器选用周立功的CTMl050T.CTM1050T是一款带隔离的高速CAN收发器,主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平,并具有隔离功能(DC2500 V)、ESD保护功能及TVS管防总线具有外部存储器控制器(EMC),通过该部件可以扩展更多的FLASH和SRAM以及以太网、USB等外设。主节点采用RTL8019AS作为以太网控制器,分别使用MT45W4MW16、SST39VF1601、K9F2G08UOA进行▲=○▼SRAM、NORFLASH、NANDFLASH的扩展。

  主节点软件结构如图3所示,U-Boot作为BootLoader(启动引导程序),负责初始化目标板硬件与引导操作系统。这里采用μCLinux作为嵌入式操作系统。μCLinux(microcontrol linux)即“微控制器领域中的Linux系统”,主要是针对目标处理器没有存储管理单元(MMU)的嵌入式系统而设计的。它保留了Linux的大多数优点:稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API.同时μCLinux包含大量的设备驱动程序,以及提供良好的驱动程序开发框架。驱动程序开发或配置主要包括CAN、以太网以及NANDFLASH3大部分。上层应用程序通过使用CAN接口函数、So★◇▽▼•cket接口以及库函数进行各种应用开发。整个系统的启动过程是:U-Boot把μCLinux内核从NORFLASH中加载到SRAM中,然后启动μCLinux,μCLinux初始化硬件及建立运行环境后,自动运行预设的应用程序。

  LPC2294采用LQFP144封装,最小系统需要模拟和数字3.3 V电源以及核心电源1.8 V.为了便于串口波特率的设置,外部接11.0 592 MHz晶振。P2.26(BOOT0)通过10 kΩ电阻上拉,P2.27(BOOT1)接一跳线可选择接高电平或低电平以选择从内部FLASH或外部NORFLASH启动。由CAT1025构成手动复位监•●控电路,提高了系统的可靠性。当SW按键按下时,CAT1025的2引脚输出持续为大于150 ms的低电平,LPC2294复位。在CAT1025的2引脚通过10 kΩ电阻上拉,防止产生错误的引脚输出状态,复位电路如图4所示。

  三星公司的K9F2G08UOA,存储容量为256 M.NANDFLASH的数据接口为8位串行接口,使用nCS2作为片选线FF FFFF,CLE(指令使能)和ALE(地址使能)分别连接到地址总线,因此NANDFLASH的数据写入地址为0x82000000,命令写入地址为0x82000004,地址写入地址为0x82000008.R/B(准备/忙等待)连接到P1.18,用于读取当前状态,此引脚须上拉。其电路连接如图7所示。

  阻抗,提高数据通信的抗干扰性及可靠性。以下是1路CAN收发器的电路图,其余3路连接方式与此一样。

  PCBOOT逐步发展演化而来,支持多种嵌入式操作系统内核与微处理器系列。U-Boot的启动过程:初始化目标板硬件。给嵌入式操作系统提供板上硬件资源信息,加载、引导嵌入式操作系统。主节点使用U-Boot-2009-01,它不仅支持ARM-720T内核,而且间接提供了对LPC2294的板级支持。U-Boot的移植过程:首先通过修改star t.s文件设定系统主频:然后针对U-Boot所支持的LPC2292硬件资源配置信息作必要的修改,如外部存储器控制器(EMC)、以太网控制器等的硬件连接信息;接下来修改串口驱动代码使之与系统主频匹配;最后通过配置菜单配置U-Boot,主要配置所需要的命令和所要支持的硬件。

  时钟频率、串口初始化等基本硬件的初始化。在head.s文件中包括初始化存储器控制器、系统分频器PLL等部分代码,需要更改这部分◇=△▲◇•■★▼代码,使之与U-Boot中Lowlevel_init.s文件的描述一致。另外μCLinux运行前必须由BootLoader将其内核装入内存偏移量为0x80000000的地方,因此要保证在μCLinux源码中的对应设置与启动引导程序的初始化设置相同。

  μCLinux内核从2.6.14开始更改了NANDFLASH的驱动代码,使驱动更加智能化,不再需要写▪▲□◁读写函数,只需要实现读写时序函数。时序函数只关心如何来发送指令到NANDFLASH,例如写指令周期需要对ALE线使能,那么μCLinux下的读写函数会给这个时序函数发送一段指令中包含使能ALE线的指令,然后将数据写到数据总线上,CLE的实现与之相类似。

  对于微处理器来说,CAN控制器完全是基于事件触发的,即CAN控制器会在本身状态发生改变时,会将状态变化的结果告诉微处理器。所以微▽•●◆处理器处理CAN控制器时,可以采用中断的方式,也可以采用轮询查看CAN控制器状态的方式来对CAN控制器做出相应的处理。在μCLinux下CAN驱动程序设计包括初始化函数、读函数、写函数、中断服▲★-●务函数等设计,使用★▽…◇文件指针注册设备,用户程序则通过对设备文件的操作来收发CAN总线数据。CAN驱动程序主要功能包括:

  本文提出一种基于LPC2294微控制器,使用μCLinux作为操作系统的CAN主节点软硬件设计方案。主节◁☆●•○△点通过扩展SRAM、FLASH提高了系统的性能,采用带隔离功能的CAN收发器增强了CAN总线节点的抗干扰能力,外接以太网控制器实现了计算机远程监控。基于μCLinux的软件系统既提高了系统的稳定性、应用软件的开发效率,又使得众多的Linux平台软件可容易地移植到主节点,增强系统的功能。通过制作了样机并•□▼◁▼进行实验,验证了这一方案的◆◁•有效性。

  NUP3125 SC-70的32V双线CAN总线旨在保护商用车辆中常见的24 V设计中的CAN收发器免受ESD和其他★△◁◁▽▼有害浪涌保护事件的影响。该器件采用单个紧凑型SC-70(SOT-323)封装,为每条数据线提供双向保护,为系统设计人员提供了低成本选择,可提高系统可靠性并满足严格的EMI要求。 特性 优势 每线μs波形) 确保高器件级浪涌可生存性 10 pF二极管电容匹配的总体电容 帮助维持CAN-FD的数据线信号完整性 低反向漏电流(...

  UP3105旨在保护商用车辆中常见的24 V设计中的CAN收发器免受ESD和其他有害浪涌保护事件的影响。该器件采用单个SOT-23封装,为每条数据线提供双向保护,为系统设计人员提供了低成本选择,可提高系统可靠性并满足严格的EMI要求。 特性 优势 350 W峰值功率每行耗散(8 /20μs波形) 确保高器件级浪涌可生存性 低反向漏电流(

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