軟件設(shè)計(jì)

　　的應(yīng)用層定義

　　本文設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線通信網(wǎng)關(guān)定義了CANBUS的應(yīng)用層協(xié)議.

　　（1）規(guī)定網(wǎng)關(guān)收到的CAN數(shù)據(jù)幀中的第1個(gè)字節(jié)為CANBUS的功能碼，該功能碼為0x0F時(shí)，與MODBUS進(jìn)行通信.

　?。?）規(guī)定CAN數(shù)據(jù)幀中的第2個(gè)字節(jié)的高4位為該幀的標(biāo)號位，低4位為該幀中包含的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，該字節(jié)數(shù)為MODBUS協(xié)議中數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù).

　?。?）規(guī)定CAN 數(shù)據(jù)幀中的第3,第4 個(gè)字節(jié)分別為MODBUS的地址碼和功能碼.

　?。?）規(guī)定從CAN 數(shù)據(jù)幀的第5個(gè)字節(jié)開始為

　　的數(shù)據(jù)域，由于MODBUS 的數(shù)據(jù)域一般為4 個(gè)字節(jié)，此時(shí)CAN數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段恰好為8個(gè)字節(jié).

　?。?）當(dāng)MODBUS 數(shù)據(jù)長度大于4 字節(jié)時(shí)，需要從2 個(gè)或者多個(gè)連續(xù)發(fā)送的標(biāo)號相同的CAN 數(shù)據(jù)幀中獲得完整的MODBUS數(shù)據(jù).當(dāng)獲得的數(shù)據(jù)位數(shù)與幀中給出的位數(shù)不同時(shí)丟棄該幀.

　　定義一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A,一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B,分別用于臨時(shí)存放CANBUS到MODBUS的數(shù)據(jù)和MODBUS到CANBUS的數(shù)據(jù).

　　的收發(fā)程序設(shè)計(jì)

　　該部分包括CAN初始化，CAN發(fā)送程序，CAN接收程序.CAN 的初始化包括以下內(nèi)容：配置嵌套向量中斷控制器（NVIC），設(shè)置CAN的RX0和TX中斷的響應(yīng)優(yōu)先級和搶占優(yōu)先級，RX0和TX 中斷使能.根據(jù)硬件連接配置GPIO,本文中RX 使用GPIOD0,TX 使用GPI-BOD2.設(shè)置波特率及過濾器配置.

　　數(shù)據(jù)的接收是通過接收郵箱（FIFO）中斷進(jìn)行處理的，當(dāng)FIFO接收到一個(gè)新的報(bào)文時(shí)，過濾器根據(jù)預(yù)設(shè)的值判斷報(bào)文的標(biāo)示符是否匹配，若不匹配，直接丟棄該報(bào)文；若該報(bào)文的標(biāo)示符與預(yù)設(shè)值匹配則中斷處理程序?qū)⒔邮锗]箱中的數(shù)據(jù)拷貝到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A,該數(shù)據(jù)將作為MODBUS 主站發(fā)往MODBUS 從站的數(shù)據(jù).

　　數(shù)據(jù)接收程序流程如圖5所示.

　　的數(shù)據(jù)發(fā)送同樣使用郵箱機(jī)制，網(wǎng)關(guān)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B中獲得從MODBUS接收的數(shù)據(jù)，設(shè)置標(biāo)示符和數(shù)據(jù)長度，選擇一個(gè)發(fā)送郵箱，使能發(fā)送郵箱空中斷.因此當(dāng)該郵箱為空時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，中斷處理程序?qū)?shù)據(jù)從緩沖區(qū)拷貝到發(fā)送郵箱，該郵箱狀態(tài)變?yōu)轭A(yù)定發(fā)送狀態(tài).

　　當(dāng)CAN 總線進(jìn)入空閑狀態(tài)，預(yù)定發(fā)送郵箱中的報(bào)文就馬上被發(fā)送，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài).郵箱中的報(bào)文被成功發(fā)送后，它馬上變?yōu)榭锗]箱.CANBUS數(shù)據(jù)發(fā)送程序如圖6所示.

　　主站.從站的收發(fā)程序設(shè)計(jì)

　　網(wǎng)關(guān)作為MODBUS從站時(shí)的主要工作是初始化串口，初始化定時(shí)器，配置嵌套向量中斷控制器（NVIC），分別對串口接收數(shù)據(jù)中斷和定時(shí)器中斷設(shè)置響應(yīng)優(yōu)先級和搶占優(yōu)先級.從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A中獲得數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)生成CRC 校驗(yàn)碼，組成MODBUS 幀從串口按照時(shí)序發(fā)送這一幀數(shù)據(jù).

　　串口初始化如下：

　　設(shè)置波特率為

　　數(shù)據(jù)長度為8位

　　位停止位

　　無奇偶校驗(yàn)

　　無硬件流控制

　　使能串口發(fā)送和接收

　　協(xié)議規(guī)定了2 種傳輸模式：ASCII 模式和RTU 模式.本文設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)使用RTU模式傳輸，在此模式下報(bào)文中每個(gè)8位字節(jié)含有2個(gè)4位16進(jìn)制字符它的優(yōu)點(diǎn)是較高的數(shù)據(jù)密度，在相同的波特率下比ASCII 模式有更高的吞吐率.命令幀由地址碼.功能碼.數(shù)據(jù)語和CRC校驗(yàn)碼構(gòu)成.在RTU模式下，幀與幀之間必須由時(shí)長至少為3.5 個(gè)字符時(shí)間的空閑間隔區(qū)分.整個(gè)幀必須以連續(xù)的字符流發(fā)送，如果兩個(gè)字符之間的空閑間隔大于1.5 個(gè)字符時(shí)間，則該幀被認(rèn)為不完整的幀而被丟棄，接收設(shè)備假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域.

　　主站程序需要使用3個(gè)定時(shí)器，其中TIM2用于控制發(fā)送的3.5 個(gè)字符的幀間隔.TIM3 用于控制接收MODBUS 從站的回應(yīng)幀的3.5 個(gè)字符的幀間隔.

　　用于接收時(shí)確保字符間的間隔小于1.5 個(gè)字符時(shí)間.初始化TIM2 與TIM3,定時(shí)時(shí)間為定時(shí)3.645 8 ms（波特率為9 600 b/s時(shí)的3.5字符時(shí)間）：

　　設(shè)置定時(shí)周期

　　設(shè)置預(yù)分頻值

　　設(shè)置時(shí)鐘分頻

　　×

　　設(shè)置計(jì)數(shù)器增長方式

　　網(wǎng)關(guān)作MODBUS主站的工作流程如圖7所示.

　　網(wǎng)關(guān)工作在MODBUS主站模式時(shí)對從站響應(yīng)幀的接收使用中斷處理的方式.在個(gè)字節(jié)傳輸結(jié)束后啟動TIM4定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為1.5個(gè)字符時(shí)間，在后續(xù)的字節(jié)傳輸結(jié)束時(shí)清零計(jì)數(shù)器，保證一個(gè)幀中的字符間隔不超過1.5 個(gè)字符時(shí)間.接收完成后啟動定時(shí)器TIM3,定時(shí)3.5 個(gè)字符時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)的接收的任何數(shù)據(jù)都將丟棄.

　　網(wǎng)關(guān)作為MODBUS從站時(shí)對化串口和定時(shí)器的初始化與MODBUS主站相同，將數(shù)據(jù)組成CAN的幀，發(fā)送該幀，并向MODBUS主站發(fā)送響應(yīng)幀.網(wǎng)關(guān)作為

　　從站的工作流程如圖8所示.

　　主程序

　　主程序中初始化FSMC,初始化LCD,初始化觸摸屏，校正觸摸屏，顯示工作模式選擇界面.參數(shù)配置界面及當(dāng)前工作模式界面.根據(jù)選擇進(jìn)入相應(yīng)工作模式.

　　測試結(jié)果

　　在PC 機(jī)上使用串口助手和USB-BCAN 軟件模擬CANBUS與MODBUS的收發(fā).MODBUS到CANBUS的通信模擬：由PC機(jī)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)00 01 02 03 0405 06 07,網(wǎng)關(guān)設(shè)置幀ID為0×321并發(fā)出數(shù)據(jù)，通過CAN-USB軟件接收該數(shù)據(jù)為00 01 02 03 04 05 06 07.如圖9所示.CANBUS到MODBUS的通信模擬：使用CAN-USB軟件發(fā)送一幀0f 14 0f 05 00 01 02 03,網(wǎng)關(guān)解析其中數(shù)據(jù)00 01 02 03,并作為MODBUS主站發(fā)送數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸出到串口助手為00 01 02 03.如圖10所示.

　　結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種在CANBUS和MODBUS間進(jìn)行透明的數(shù)據(jù)傳輸?shù)那度胧浆F(xiàn)場總線通信網(wǎng)關(guān)，軟硬件設(shè)計(jì)簡單，通信參數(shù)可現(xiàn)場配置，能夠很好地實(shí)現(xiàn)CAN-BUS與MODBUS間的通信.該網(wǎng)關(guān)解決了異類現(xiàn)場總線間通信的問題，使系統(tǒng)的兼容性.互聯(lián)性.可擴(kuò)充性都得到了極大的提高，具有良好的應(yīng)用前景.