基于ARMLinux平台的CAN设备驱动程序设计与实现
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Ｓ３Ｃ２４１０ 是 三 星 公 司 推 出 的 一 款 低 价 位 、低 功 耗 、高 性 能 的 ３２ 位 ＲＩＳＣ 嵌入式处理 器 。 该 芯 片 采 用 了 ＡＲＭ９２０Ｔ 内 核 ， 具 有 五 级 整 数 流 水 线 ， 工 作 频 率 高 达 ２６６ ＭＨｚ， 运 行 速 度 可 达 １．１ ＭＩＰＳ／ＭＨｚ。Ｓ３Ｃ２４１０ 提供了丰富的内部资源，如： ＳＤＲＡＭ 控 制器、ＬＣＤ 控制器、３ 通道的 ＵＡＲＴ、４ 通 道 的 ＤＭＡ、２ 个 ＳＰＩ 模 块。虽然内部没有 ＣＡＮ 控制器， 但可以通过 ＳＰＩ 接口 进 行 扩 展， 接口电路简单， 易于实现。
而 ＣＡＮ 控 制 器 通 过 ＣＡＮ 收 发 器 连 接 到 ＣＡＮ 总 线 网 络 上 ， ＣＡＮ 收发器 实 现 ＣＡＮ 总 线 数 据 的 差 动 发 送 和 接 收 ， 它 最 终 提 供了 ＣＡＮ 控制器与物理总线的连接。
２．１ 嵌入式系统的硬件组成
系统的硬件主要是由 三 星 公 司 的 Ｓ３Ｃ２４１０ 处 理 器 、带 ＳＰＩ 接 口 的 独 立 ＣＡＮ 控 制 器 ＭＣＰ２５１０ 与 高 速 ＣＡＮ 收 发 器 ＴＪＡ１０５０ 等设备组成。以下对所使用的部分硬件作简要介绍：
（ ２） 为了增强系统的抗干扰能力， 提高系统的稳 定 性 ， 在 ＣＡＮ 控制器与 ＣＡＮ 收发器之间加入了光电耦合器 ６Ｎ１３７。同 时也解决了 ＭＣＰ２５１０ 与 ＴＪＡ１０５０ 之间电平兼容的问题， 还有 效地抑制了 ＣＡＮ 网络中的尖峰脉冲及噪声干扰。
（ ３） 将 ＣＡＮＨ 与 ＣＡＮＬ 之 间 １２０ Ω 的 端 接 电 阻 改 良 为 两 个等值电阻与一个旁路电容的形式， 有效提高系统的抗干扰 能力。
３．２ 文件操作接口
ＣＡＮ 设备驱动程序最 终 提 供 给 应 用 程 序 的 是 一 个 流 控 制 接 口， 主 要 包 括 ｏｐｅｎ、ｃｌｏｓｅ（ 或 ｒｅａｌｓｅ） 、ｒｅａｄ、ｗｒｉｔｅ、ｉｏｃｔｌ 等 操 作 。 添加设备驱动程序， 实际上就是给上述操作编写相应的程序代 码。对于字符设备和块设备， Ｌｉｎｕｘ 内核对这些操作作了统一的 抽象， 而每一个设备都会用一个特殊的设备文件来表示， 通过 虚拟文件系统， 应用程序得到一组与具体设备无关的系统调 用。而虚拟文件系统的主体就是结构体 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ， 每一种 文件系统都有自己的 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 数据结 构 ， 结 构 体 中 的 每 一个成员都是一个函数指针， 实际上实现了对于不同操作的函 数跳转功能， 例如 ｏｐｅｎ 是指向具体文件系统用来实现打开设 备文件操作的入口函数。可以 说 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 实 现 了 标 准 文 件操作到硬件设备操作的映射， 在 Ｌｉｎｕｘ２．４．１８ 内 核 中 ， 结 构 体 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 的定义（ ｉｎｃｌｕｄｅ／Ｌｉｎｕｘ／ｆｓ．ｈ） 如下：
机器人研究中心主任， 主要研究方向： 特种机器人与机器人控制等； 宋锐（ １９７５－ ） ， 男， 讲师， 博士， 主要研究方向： 机器人控制技术。
８０ ２００７， ４３（ １５）
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
（ ２） ２ 个接收缓冲器， 可优先储存报文。６ 个完全验收滤波 器， ２ 个完全验收屏蔽滤波器；
本文设计了移动机器人的内部实时控制网络， 在高集成 度、高性价比的嵌入式处理器 Ｓ３Ｃ２４１０ 上扩展了独立 ＣＡＮ 控 制器， 实现了可靠、高速的数据通信， 并详细介绍了在 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 上开发 ＣＡＮ 驱动程序的方法与过程。
２ 系统的硬件结构原理与设计
整个移动机器人内部控制网络是一个嵌入式 ＣＡＮ 总线系 统。所有的微处理器直接连接 ＣＡＮ 控制器（ 可以是 ＳＰＩ、ＰＣＩ 或 者 其 他 方 式 ， 由 ＣＡＮ 控 制 器 决 定 ） ， 以 设 置 ＣＡＮ 节 点 的 属 性 。
序； 而应用程序对块设备的操作， 都必须经过系统的缓冲区管 理， 间接传递给驱动程序处理。至于网络设备， 它是一类比较特 殊的设备， 它没有对应的设备文件节点， 在系统和驱动程序之 间通过专门定义的数据结构进行数据传输。
字符设备驱动程序是 Ｌｉｎｕｘ 系统最基本 、最 常 用 的 驱 动 程 序结构。一般地， 只要不挂载文件系统的设备， 都可以使用字符 设备去描述。独立 ＣＡＮ 控制 器 ＭＣＰ２５１０ 实 现 了 ＣＡＮ 协 议 的 物理层与数据链路层， 属于字符设备。对于 ＭＣＰ２５１０ 的操作主 要包括设置相关的寄存器、写发送缓冲区、读接收缓冲区等 ， 这 些操作将通过统一的系统接口提供给应用程序。
ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｛ ｓｔｒｕｃｔ ｍｏｄｕｌｅ ＊ｏｗｎｅｒ； ｌｏｆｆ＿ｔ （ ＊ｌｌｓｅｅｋ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｌｏｆｆ＿ｔ， ｉｎｔ） ； ｓｓｉｚｅ＿ｔ （ ＊ｒｅａｄ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｃｈａｒ ＊， ｓｉｚｅ＿ｔ， ｌｏｆｆ＿ｔ ＊） ； ｓｓｉｚｅ＿ｔ （ ＊ｗｒｉｔｅ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｃｏｎｓｔ ｃｈａｒ ＊， ｓｉｚｅ＿ｔ， ｌｏｆｆ＿ｔ＊） ； ｉｎｔ （ ＊ｒｅａｄｄｉｒ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｖｏｉｄ ＊， ｆｉｌｌｄｉｒ＿ｔ） ； ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ（ ＊ｐｏｌｌ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｓｔｒｕｃｔ ｐｏｌｌ＿ｔａｂｌｅ＿ｓｔｒｕｃｔ ＊） ； ｉｎｔ（ ＊ｉｏｃｔｌ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｉｎｏｄｅ ＊， ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ， ｕｎｓｉｇｎｅｄ
１ 引言
ＣＡＮ（ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ） 是一种非常有效的支持实时 控制和分布式控制的串行通 信 网 络 。ＣＡＮ 总 线 由 于 其 成 本 低 廉、可靠性高、抗干扰能力强、通信方式灵活等特点， 目前已经广 泛应用于网络化控制系统中。而 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 是一款专门支持具 有 ＭＭＵ（ Ｍｅｍｏｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ） 的 ＡＲＭ 芯片处理器的嵌入 式操作系统。ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 由于其源代码开放、系统可配置、网络 功能强大、支持多个系列的 ＡＲＭ 处理器等优势， 现在已经成功 地 应 用 到 网 络 计 算 机 、机 顶 盒 、手 持 设 备 等 多 种 嵌 入 式 设 备 中 。 在 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 中 并 没 有 ＣＡＮ 设 备 的 驱 动 程 序 ， 要 实 现 ＣＡＮ 通信， 必须针对使用的嵌入式处理器开发 ＣＡＮ 驱动程序。
山东大学 控制科学与工程学院， 济南 ２５００６１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｊｉ’ｎａｎ ２５００６１， Ｃｈｉｎａ Ｅ－ ｍａｉｌ： ｙａｎｔａｎｇｗａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
ＷＡＮＧ Ｙａｎ－ ｔａｎｇ， ＬＩ Ｙｉ－ ｂｉｎ， ＳＯＮＧ Ｒｕｉ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＮ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒ ｉｖｅｒ ｕｎｄｅｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ ｏｐｅｒ ａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ２００７， ４３（ １５） ： ７９－ ８２．
３ 嵌入式 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 系统中 ＣＡＮ 总线软件设计
为了在 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 系统环境中操作 ＣＡＮ 设备， 实现 ＣＡＮ 通信功能， 在系统软件层设计了专门的 ＣＡＮ 总线软件接口。它 包括 ＣＡＮ 驱动程序和 ＳＰＩ 接口读写程序。ＣＡＮ 总线软件接口 负责为上层应用层提供透明的 ＣＡＮ 通信服务， 屏蔽 ＣＡＮ 控制 器 ＭＣＰ２５１０ 的 具 体 工 作 细 节 。 同 时 利 用 ＳＰＩ 接 口 程 序 通 过 ＭＣＰ２５１０ 控制命令实现对 ＣＡＮ 控制器的具体操作。
（ １） 本 接 口 设 计 将 ＭＣＰ２５１０ 的 总 中 断 ＩＮＴ 作 为 Ｓ３Ｃ２４１０ 的外部中断 ４ 接入系统。系统没有使用使能发送请求和接收完 毕中断功能， 在 ＭＣＰ２５１０ 的中断处理函数中， 通 过 ＳＰＩ 接 口 访 问 ＭＣＰ２５１０ 内部相应寄存器来确定具体的中断事件， 并对其 做出处理。
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
２００７， ４３（ １５） ７９
◎产品、研发、测试◎
基于 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 平台的 ＣＡＮ 设备驱动程序设计与实现
王彦堂， 李贻斌， 宋 锐 ＷＡＮＧ Ｙａｎ－ ｔａｎｇ， ＬＩ Ｙｉ－ ｂｉｎ， ＳＯＮＧ Ｒｕｉ
摘 要： 针对移动机器人控制系统在实时性、可靠性方面的要求， 提出了基于 ＣＡＮ 总线 的 分 布 式 控 制 系 统 方 案 ， 介 绍 了 在 核 心 数 据处理单元 Ｓ３Ｃ２４１０ 上扩展 ＣＡＮ 总线设备的硬件接口设计， 详细讨论了嵌入式 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 上驱动程序开发的一般方法， 以及 ＣＡＮ 设备驱动程序的设计方法和具体实现。经实验证明， 此系统结构简单， 稳定性和可靠性强。 关键词： ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ； ＣＡＮ 总线； 驱动程序 文章编号： １００２－ ８３３１（ ２００７） １５－ ００７９－ ０４ 文献标识码： Ａ 中图分类号： ＴＰ３９３
（ ３） ３ 个发送缓冲器， 具有优先级设定以及发送中止功能； （ ４） 具有 Ｌｏｏｐ－ Ｂａｃｋ（ 自环检测） 模式， 便于测试。
２．２ 硬件接口设计
Ｓ３Ｃ２４１０ 内 部 具 有 ２ 个பைடு நூலகம்ＳＰＩ 模 块 ， 支 持 轮 询 、中 断 与 ＤＭＡ 三种数据发送模式。系统设计时， 将 ＭＣＰ２５１０ 作为从设备连接 到 Ｓ３Ｃ２４１０ 的 ＳＰＩ０ 口， 其具体连接原理图见图 １ 所示。
独 立 ＣＡＮ 控 制 器 ＭＣＰ２５１０ 完 全 支 持 ＣＡＮ 总 线 的 Ｖ２．０Ａ 和 Ｖ２．０Ｂ 的技术规范。支持最大 １ Ｍｂ／ｓ 的可编程波特率。它同 时具备帧优先级设置、接收帧过滤与屏蔽以及报文管理等特 性， 其独特功能如下：
（ １） 支持标准帧和扩展帧两种数据帧格式， 每个帧的数据 字段长度可为 ０￣８ Ｂｙｔｅ， 支持远程帧；
基金项目： 国家自然科学基金（ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｕｎｄｅｒ Ｇｒａｎｔ Ｎｏ．６０６７５０４４） 。 作者简介： 王彦堂（ １９８２－ ） ， 男， 硕士研究生， 主要研究方向： 嵌入式系统底层架构设计与系统软件设计； 李贻斌（ １９６０－ ） ， 男， 教授， 博 导 ， 山 东 大 学
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＣＡＮ ｂｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｎ ａ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ＣＡＮ－ ｂｕｓ ｄｅｖｉｃｅ ｏｎ ａ Ｓ３Ｃ２４１０ ｂｏａｒｄ ｉｓ ｔｈｅｎ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｉｎ ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＮ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｄｅｑｕａｔｅｌｙ ｓｔａｂｉｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ， ｂｕｔ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅａｓｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ； ＣＡＮ ｂｕｓ； ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ
３．１ ＣＡＮ 驱动程序的设计
Ｌｉｎｕｘ 驱动程序属于 Ｌｉｎｕｘ 内核的一部 分 ， 其 功 能 主 要 是 直接操作硬件设备， 为用户屏蔽设备的工作细节， 并向用户提 供透明访问硬件设备的机制。Ｌｉｎｕｘ 驱动程序支持 ３ 种类型的 设备： 字符设备、块设备、网络设备。字符设备与块设备的主要 区别是系统对这两种设备的管理方式， 即应用程序对字符设备 的 每 一 个 Ｉ／Ｏ 操 作 ， 都 会 直 接 传 递 给 系 统 内 核 对 应 的 驱 动 程
而 ＣＡＮ 控 制 器 通 过 ＣＡＮ 收 发 器 连 接 到 ＣＡＮ 总 线 网 络 上 ， ＣＡＮ 收发器 实 现 ＣＡＮ 总 线 数 据 的 差 动 发 送 和 接 收 ， 它 最 终 提 供了 ＣＡＮ 控制器与物理总线的连接。
２．１ 嵌入式系统的硬件组成
系统的硬件主要是由 三 星 公 司 的 Ｓ３Ｃ２４１０ 处 理 器 、带 ＳＰＩ 接 口 的 独 立 ＣＡＮ 控 制 器 ＭＣＰ２５１０ 与 高 速 ＣＡＮ 收 发 器 ＴＪＡ１０５０ 等设备组成。以下对所使用的部分硬件作简要介绍：
（ ２） 为了增强系统的抗干扰能力， 提高系统的稳 定 性 ， 在 ＣＡＮ 控制器与 ＣＡＮ 收发器之间加入了光电耦合器 ６Ｎ１３７。同 时也解决了 ＭＣＰ２５１０ 与 ＴＪＡ１０５０ 之间电平兼容的问题， 还有 效地抑制了 ＣＡＮ 网络中的尖峰脉冲及噪声干扰。
（ ３） 将 ＣＡＮＨ 与 ＣＡＮＬ 之 间 １２０ Ω 的 端 接 电 阻 改 良 为 两 个等值电阻与一个旁路电容的形式， 有效提高系统的抗干扰 能力。
３．２ 文件操作接口
ＣＡＮ 设备驱动程序最 终 提 供 给 应 用 程 序 的 是 一 个 流 控 制 接 口， 主 要 包 括 ｏｐｅｎ、ｃｌｏｓｅ（ 或 ｒｅａｌｓｅ） 、ｒｅａｄ、ｗｒｉｔｅ、ｉｏｃｔｌ 等 操 作 。 添加设备驱动程序， 实际上就是给上述操作编写相应的程序代 码。对于字符设备和块设备， Ｌｉｎｕｘ 内核对这些操作作了统一的 抽象， 而每一个设备都会用一个特殊的设备文件来表示， 通过 虚拟文件系统， 应用程序得到一组与具体设备无关的系统调 用。而虚拟文件系统的主体就是结构体 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ， 每一种 文件系统都有自己的 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 数据结 构 ， 结 构 体 中 的 每 一个成员都是一个函数指针， 实际上实现了对于不同操作的函 数跳转功能， 例如 ｏｐｅｎ 是指向具体文件系统用来实现打开设 备文件操作的入口函数。可以 说 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 实 现 了 标 准 文 件操作到硬件设备操作的映射， 在 Ｌｉｎｕｘ２．４．１８ 内 核 中 ， 结 构 体 ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 的定义（ ｉｎｃｌｕｄｅ／Ｌｉｎｕｘ／ｆｓ．ｈ） 如下：
机器人研究中心主任， 主要研究方向： 特种机器人与机器人控制等； 宋锐（ １９７５－ ） ， 男， 讲师， 博士， 主要研究方向： 机器人控制技术。
８０ ２００７， ４３（ １５）
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
（ ２） ２ 个接收缓冲器， 可优先储存报文。６ 个完全验收滤波 器， ２ 个完全验收屏蔽滤波器；
本文设计了移动机器人的内部实时控制网络， 在高集成 度、高性价比的嵌入式处理器 Ｓ３Ｃ２４１０ 上扩展了独立 ＣＡＮ 控 制器， 实现了可靠、高速的数据通信， 并详细介绍了在 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 上开发 ＣＡＮ 驱动程序的方法与过程。
２ 系统的硬件结构原理与设计
整个移动机器人内部控制网络是一个嵌入式 ＣＡＮ 总线系 统。所有的微处理器直接连接 ＣＡＮ 控制器（ 可以是 ＳＰＩ、ＰＣＩ 或 者 其 他 方 式 ， 由 ＣＡＮ 控 制 器 决 定 ） ， 以 设 置 ＣＡＮ 节 点 的 属 性 。
序； 而应用程序对块设备的操作， 都必须经过系统的缓冲区管 理， 间接传递给驱动程序处理。至于网络设备， 它是一类比较特 殊的设备， 它没有对应的设备文件节点， 在系统和驱动程序之 间通过专门定义的数据结构进行数据传输。
字符设备驱动程序是 Ｌｉｎｕｘ 系统最基本 、最 常 用 的 驱 动 程 序结构。一般地， 只要不挂载文件系统的设备， 都可以使用字符 设备去描述。独立 ＣＡＮ 控制 器 ＭＣＰ２５１０ 实 现 了 ＣＡＮ 协 议 的 物理层与数据链路层， 属于字符设备。对于 ＭＣＰ２５１０ 的操作主 要包括设置相关的寄存器、写发送缓冲区、读接收缓冲区等 ， 这 些操作将通过统一的系统接口提供给应用程序。
ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｛ ｓｔｒｕｃｔ ｍｏｄｕｌｅ ＊ｏｗｎｅｒ； ｌｏｆｆ＿ｔ （ ＊ｌｌｓｅｅｋ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｌｏｆｆ＿ｔ， ｉｎｔ） ； ｓｓｉｚｅ＿ｔ （ ＊ｒｅａｄ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｃｈａｒ ＊， ｓｉｚｅ＿ｔ， ｌｏｆｆ＿ｔ ＊） ； ｓｓｉｚｅ＿ｔ （ ＊ｗｒｉｔｅ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｃｏｎｓｔ ｃｈａｒ ＊， ｓｉｚｅ＿ｔ， ｌｏｆｆ＿ｔ＊） ； ｉｎｔ （ ＊ｒｅａｄｄｉｒ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｖｏｉｄ ＊， ｆｉｌｌｄｉｒ＿ｔ） ； ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ（ ＊ｐｏｌｌ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｓｔｒｕｃｔ ｐｏｌｌ＿ｔａｂｌｅ＿ｓｔｒｕｃｔ ＊） ； ｉｎｔ（ ＊ｉｏｃｔｌ） （ ｓｔｒｕｃｔ ｉｎｏｄｅ ＊， ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ ＊， ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ， ｕｎｓｉｇｎｅｄ
１ 引言
ＣＡＮ（ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ） 是一种非常有效的支持实时 控制和分布式控制的串行通 信 网 络 。ＣＡＮ 总 线 由 于 其 成 本 低 廉、可靠性高、抗干扰能力强、通信方式灵活等特点， 目前已经广 泛应用于网络化控制系统中。而 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 是一款专门支持具 有 ＭＭＵ（ Ｍｅｍｏｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ） 的 ＡＲＭ 芯片处理器的嵌入 式操作系统。ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 由于其源代码开放、系统可配置、网络 功能强大、支持多个系列的 ＡＲＭ 处理器等优势， 现在已经成功 地 应 用 到 网 络 计 算 机 、机 顶 盒 、手 持 设 备 等 多 种 嵌 入 式 设 备 中 。 在 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 中 并 没 有 ＣＡＮ 设 备 的 驱 动 程 序 ， 要 实 现 ＣＡＮ 通信， 必须针对使用的嵌入式处理器开发 ＣＡＮ 驱动程序。
山东大学 控制科学与工程学院， 济南 ２５００６１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｊｉ’ｎａｎ ２５００６１， Ｃｈｉｎａ Ｅ－ ｍａｉｌ： ｙａｎｔａｎｇｗａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
ＷＡＮＧ Ｙａｎ－ ｔａｎｇ， ＬＩ Ｙｉ－ ｂｉｎ， ＳＯＮＧ Ｒｕｉ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＮ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒ ｉｖｅｒ ｕｎｄｅｒ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ ｏｐｅｒ ａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， ２００７， ４３（ １５） ： ７９－ ８２．
３ 嵌入式 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 系统中 ＣＡＮ 总线软件设计
为了在 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 系统环境中操作 ＣＡＮ 设备， 实现 ＣＡＮ 通信功能， 在系统软件层设计了专门的 ＣＡＮ 总线软件接口。它 包括 ＣＡＮ 驱动程序和 ＳＰＩ 接口读写程序。ＣＡＮ 总线软件接口 负责为上层应用层提供透明的 ＣＡＮ 通信服务， 屏蔽 ＣＡＮ 控制 器 ＭＣＰ２５１０ 的 具 体 工 作 细 节 。 同 时 利 用 ＳＰＩ 接 口 程 序 通 过 ＭＣＰ２５１０ 控制命令实现对 ＣＡＮ 控制器的具体操作。
（ １） 本 接 口 设 计 将 ＭＣＰ２５１０ 的 总 中 断 ＩＮＴ 作 为 Ｓ３Ｃ２４１０ 的外部中断 ４ 接入系统。系统没有使用使能发送请求和接收完 毕中断功能， 在 ＭＣＰ２５１０ 的中断处理函数中， 通 过 ＳＰＩ 接 口 访 问 ＭＣＰ２５１０ 内部相应寄存器来确定具体的中断事件， 并对其 做出处理。
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 计算机工程与应用
２００７， ４３（ １５） ７９
◎产品、研发、测试◎
基于 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 平台的 ＣＡＮ 设备驱动程序设计与实现
王彦堂， 李贻斌， 宋 锐 ＷＡＮＧ Ｙａｎ－ ｔａｎｇ， ＬＩ Ｙｉ－ ｂｉｎ， ＳＯＮＧ Ｒｕｉ
摘 要： 针对移动机器人控制系统在实时性、可靠性方面的要求， 提出了基于 ＣＡＮ 总线 的 分 布 式 控 制 系 统 方 案 ， 介 绍 了 在 核 心 数 据处理单元 Ｓ３Ｃ２４１０ 上扩展 ＣＡＮ 总线设备的硬件接口设计， 详细讨论了嵌入式 ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ 上驱动程序开发的一般方法， 以及 ＣＡＮ 设备驱动程序的设计方法和具体实现。经实验证明， 此系统结构简单， 稳定性和可靠性强。 关键词： ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ； ＣＡＮ 总线； 驱动程序 文章编号： １００２－ ８３３１（ ２００７） １５－ ００７９－ ０４ 文献标识码： Ａ 中图分类号： ＴＰ３９３
（ ３） ３ 个发送缓冲器， 具有优先级设定以及发送中止功能； （ ４） 具有 Ｌｏｏｐ－ Ｂａｃｋ（ 自环检测） 模式， 便于测试。
２．２ 硬件接口设计
Ｓ３Ｃ２４１０ 内 部 具 有 ２ 个பைடு நூலகம்ＳＰＩ 模 块 ， 支 持 轮 询 、中 断 与 ＤＭＡ 三种数据发送模式。系统设计时， 将 ＭＣＰ２５１０ 作为从设备连接 到 Ｓ３Ｃ２４１０ 的 ＳＰＩ０ 口， 其具体连接原理图见图 １ 所示。
独 立 ＣＡＮ 控 制 器 ＭＣＰ２５１０ 完 全 支 持 ＣＡＮ 总 线 的 Ｖ２．０Ａ 和 Ｖ２．０Ｂ 的技术规范。支持最大 １ Ｍｂ／ｓ 的可编程波特率。它同 时具备帧优先级设置、接收帧过滤与屏蔽以及报文管理等特 性， 其独特功能如下：
（ １） 支持标准帧和扩展帧两种数据帧格式， 每个帧的数据 字段长度可为 ０￣８ Ｂｙｔｅ， 支持远程帧；
基金项目： 国家自然科学基金（ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｕｎｄｅｒ Ｇｒａｎｔ Ｎｏ．６０６７５０４４） 。 作者简介： 王彦堂（ １９８２－ ） ， 男， 硕士研究生， 主要研究方向： 嵌入式系统底层架构设计与系统软件设计； 李贻斌（ １９６０－ ） ， 男， 教授， 博 导 ， 山 东 大 学
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＣＡＮ ｂｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｒｅａｌ－ ｔｉｍｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｎ ａ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ＣＡＮ－ ｂｕｓ ｄｅｖｉｃｅ ｏｎ ａ Ｓ３Ｃ２４１０ ｂｏａｒｄ ｉｓ ｔｈｅｎ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｉｎ ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＡＮ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｄｅｑｕａｔｅｌｙ ｓｔａｂｉｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ， ｂｕｔ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｅａｓｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＡＲＭ Ｌｉｎｕｘ； ＣＡＮ ｂｕｓ； ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ
３．１ ＣＡＮ 驱动程序的设计
Ｌｉｎｕｘ 驱动程序属于 Ｌｉｎｕｘ 内核的一部 分 ， 其 功 能 主 要 是 直接操作硬件设备， 为用户屏蔽设备的工作细节， 并向用户提 供透明访问硬件设备的机制。Ｌｉｎｕｘ 驱动程序支持 ３ 种类型的 设备： 字符设备、块设备、网络设备。字符设备与块设备的主要 区别是系统对这两种设备的管理方式， 即应用程序对字符设备 的 每 一 个 Ｉ／Ｏ 操 作 ， 都 会 直 接 传 递 给 系 统 内 核 对 应 的 驱 动 程