中南林業(yè)科技大學計算機與信息工程學院 吳舒辭 董曙光 張永忠

隨著信息技術的不斷發(fā)展，嵌入式WinCE在工業(yè)控制領域中的應用越來越廣泛。主要作為上位機的操作系統(tǒng)。LPC935單片機作為一款工業(yè)級的單片機芯片，廣泛應用于各種工控設備。在許多復雜的應用場合，一個LPC935單片機是不可能滿足需要的，需要多片LPC935單片機協(xié)同工作。此時，怎樣實現(xiàn)多片LPC935單片機的通信就成為了設計的關鍵。以基于嵌入式WinCE設備為核心，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PC機，搭建CAN通信系統(tǒng)。結合嵌入式、單片機、網絡通信技術的優(yōu)點，將各個獨立系統(tǒng)復雜的通信協(xié)議、數(shù)據格式進行統(tǒng)一的轉化，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的相互通信。將嵌入式WinCE與單片機結合起來將具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

1.硬件平臺

1)嵌入式WinCE采用周立功的TIPC-700作為硬件平臺，主要的硬件資源有S3C2440A處理器，1路帶隔離的CAN-bus接口；1路10/100M以太網接口；2個RS-232C串口等。根據核心硬件的要求，定制了所需的WinCE系統(tǒng)內核。在Visual Studio 2005集成開發(fā)環(huán)境中編寫應用程序[1]。

2)LPC935單片機是一款單片封裝的微控制器，使用低成本的封裝形式。它采用了高性能的處理器的處理結構，指令執(zhí)行時間只需要2到4個時鐘周期。6倍于標準80C51器件。它具有集成度高、外圍設備豐富，2個4路輸入的8位A/D轉換器/DAC輸出、2個模擬比較器、2個16位定時/.計數(shù)器和一個23位系統(tǒng)定時器、增強型UART和SPI通信端口。LPC935集成了許多系統(tǒng)級的功能，大大減少了元件的數(shù)目與電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。所以在很多領域得到了廣泛的應用[2]。

3)通過USB建立TIPC-700與PC機的ActiveSync連接，嵌入式WinCE與LPC935通過帶隔離的CAN-bus接口進行通信，CAN通信總體款圖如下圖1所示。

4)每塊分板控制4個比色池，每個比色池上有3個檢測通道，每塊分板可以進行12通道檢測，但是每個比色池一次只用使用一個通道進行檢測，因此每塊分板每次可以同時進行4通道檢測，4塊分板可以同時進行16通道檢測，從而達到了多通道檢測的目的，后面的通信協(xié)議正是基于此而設計的。

圖1 CAN通信總體框圖

圖2 定制WinCE平臺流程圖

2.嵌入式WinCE平臺定制

WinCE是一個32位、多線程、多任務的操作系統(tǒng)，采用了獨立于通常的程序設計語言并且和Windows兼容的API的方式。WinCE有良好的通信能力、相當出色的圖形用戶界面。WinCE操作系統(tǒng)分為硬件層、OEM適配層、操作系統(tǒng)層、應用支持庫、應用開發(fā)層、應用集成層。各層之間只能單向依賴或單向調用。從而使功能模塊之間的調用關系更加清晰。為了使系統(tǒng)具有更好的可擴展性和更清晰的結構，WinCE系統(tǒng)往往需要定制[3]。

WinCE提供了一個工具PB(Platform Builder)，是WinCE的主要集成開發(fā)環(huán)境，通過這個工具可以方便地根據不同的硬件，定制、裁剪出符合不同設計要求的WinCE操作系統(tǒng)。完整的WinCE操作系統(tǒng)包括以下內容：Bootloader、CPU初始化代碼、驅動程序（鍵盤、鼠標、聲卡、顯卡、IDE、COM、USB）、用戶界面接口、完成特定功能的應用程序。定制WinCE平臺的流程如圖2所示。

3.底板CAN設計

底板采用的是主控芯片是LPC935，是一類自身并不能帶有在片CAN的微控制器。但是它帶有SPI接口，設計中就是用SPI接口加獨立的CAN控制器（MCP2515）來實現(xiàn)CAN的功能。MCP2515作為CAN控制器，是一種獨立的控制器，主要用于一般工業(yè)環(huán)境中的局域網絡控制，完全支持CAN總線V2.0A/B技術規(guī)范。CAN收發(fā)器采用了TJA1050T，可以同時操作多個CAN網絡，提供高達1Mb/s的傳輸速率。同時采用光電隔離提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。用以實現(xiàn)底板與嵌入式WinCE設備的通信[4]。

圖3 檢測項目與檢測通道分布圖

4.CAN通信協(xié)議設計

為了讓嵌入式WinCE和多塊LPC935單片機進行通信，關鍵是要有一個好的通信協(xié)議。包括對數(shù)據的形式、通信方式、傳送速度、傳送步驟、檢錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定[5]。由硬件平臺的設計可以知道，每塊分板控制著4個比色池，每個比色池可以設定3個檢測通道，因此每塊分板可以控制12個檢測通道，并把它編號為1—12。但是每塊分板每次只能從每個比色池的3個通道中選著1個通道進行檢測，每次只能同時進行4通道的檢測。整個系統(tǒng)可以同時進行16通道的檢測。CAN通信報文傳輸?shù)膸袷接泻?1位標識符的標準幀和含有29位標識符的擴展幀[6]。本設計采用了標準幀的格式進行CAN通信協(xié)議的設計。

1)主板下傳命令給分板時通信協(xié)議的設定

標識符的設置：把11位標識符的高四位固定為1010，隨后的2位為分板的編號(0-3)，第7位設為0表示讀取AD，設為1表示設置比色池LED發(fā)光強度，低四位設成檢測通道(1-12)，至此，11位標識符被設定好。

數(shù)據域的設置：當?shù)?位設為0時，數(shù)據部分為一個字節(jié)(小于16)，表示檢測項目，與標識符的低四位相同。分板在接收到時調整相應到相應的檢測狀態(tài)。當?shù)?位設為1時，設置/校準發(fā)光管。標識符的低四位為檢測通道，數(shù)據部分為3個字節(jié)。

2)分板上傳數(shù)據/命令給主板時通信協(xié)議的設定

標識符的設置：11位中的高4為固定為1010，隨后的2位為分板的編號(0-3)，第7為為0，低四位設成檢測通道(1-12)。

數(shù)據域的設置：共8個字節(jié)

AD0H AD0L AD1H AD1L AD2H AD2L AD3H AD3L

分板上傳命令時標識符與上傳數(shù)據相同，數(shù)據部分為一個字節(jié)，當為“0x0b”表示按下了檢測按鍵，當為“0x0A”表示對上次命令已經處理完成。

波特率設定：設為50K。

濾波設置：主板只對標識符高4位濾波，值為1010。

分板只對標識符高6位濾波，值為1010XX，XX為分板編號0-3。

圖3是檢測項目與檢測通道分布圖。

例如要對一號分板的第一比色池的1號通道的檢測項目進行檢測：如已經校準，將標識符設置為10100000001，其后跟上相應設置的數(shù)據域，即可以對一號分板的第一比色池的1號通道的檢測項目進行檢測。如未校準，將標識符設置為10100010001，加上相應設置的數(shù)據域進行校準，校準候按照前面的步驟進行檢測。同樣1號通道上傳數(shù)據/命令可以根據上面寫好的通信協(xié)議進行操作。

5.結論

CAN通信最早應用于汽車領域，隨著科技的發(fā)展，目前CAN通信在計算機控制系統(tǒng)中已經得到了廣泛的應用，本文通過嵌入式WinCE與多塊LPC935單片機底板CAN通信研究開發(fā)，綜合了嵌入式、單片機及網絡通信技術實現(xiàn)了多路CAN通信，達到了最初的設計目的。本文設計的通信協(xié)議經實踐證明穩(wěn)定可靠，保證了底板與WinCE控制板之間信息傳輸?shù)膶崟r性與準確性。提高了數(shù)據的準確率，減少了丟包率。本文所采用的技術在近距離控制，遠程控制與工業(yè)控制領域具有重要的實用價值和廣泛的應用前景。

[1]TIPC-700用戶手冊[S].

[2]P89LPC935器件手冊[S].

[3]周毓林,寧楊,陸貴強等.Windows CE.net內核定制及其應用開發(fā)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005:150-160.

[4]劉俊,劉志軍,劉金剛,盛亮.基于WinCE的CAN通訊網絡的研究與實現(xiàn)[J].

[5]饒運濤,鄒繼軍,鄭勇蕓等.現(xiàn)場總線原理與應用技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

[6]蔣柱蔥,謝云.基于嵌入式WinCE與MSP430單片機多串口通信設計[J].電子設計工程,2011(7):62-64.