国产ReWorks操作系统下的CAN总线接口设计

国产ReWorks操作系统下的CAN总线接口设计

王育东

(西安电子工程研究所  西安  710100)

【摘要】本文阐述了龙芯2K1000平台下、基于ReWorks操作系统下的CAN总线接口设计，通过对比分析VxWorks操作系统，基于龙芯2K1000处理器的数据手册，通过CAN总线参数配置、软件设计以及实际测试，充分验证国产操作系统下的可靠性与稳定性。

关键词：ReWorks操作系统、龙芯2K1000、CAN总线

1. 引言

随着大国博弈间的形势日趋加剧，自主可控设计逐渐成为项目设计的关键因素。随着电子信息技术发展的日趋成熟，嵌入式系统软硬件设计也变的更加灵活，基于进口CPU和进口操作系统的产品设计尽管在产品可靠性、成熟性比国产软件硬件有很大优势，但在安全性方面面临很大挑战。因此，国产化操作系统搭配国产化硬件逐渐称为设计的主流，也将成为未来的趋势。常见的进口实时操作系统有VxWorks[1]、μC/OS、linux等；常见的国产化操作系统有锐华ReWorks、风云翼辉（AIC-OS）[2]、道、天脉等；常见的国产化CPU有飞腾FT-2000/4、LS2K1000、LS3A1000等[3]。通过自主可控优化设计，能够满足军事应用需求，同时提升装备在信息安全下的自主保障能力。本文主要说明基于龙芯2K1000的国产ReWorks操作系统下的CAN总线接口设计，通过软件设计，仿真，最终在测试板卡上完成验证。

2. 系统介绍

对比VxWorks和锐华ReWorks、风云翼辉（AIC-OS）、道和天脉这几种系统，ReWorks操作系统基本兼容VxWorks，且基于项目的继承性和可移植性，本文讨论龙芯2K1000下，基于ReWorks下的CAN接口设计。CAN总线作为常见的一种数据总线，具有可靠性高，稳定性好，虽然传输速率相对其他总线略低，但是实时性，节点之间数据的协调性、系统的可靠性比较高。

CAN总线是由发送数据线Tx和接收数据线Rx构成的串行总线，可发送和接收数据。器件与器件之间进行双向传送，龙芯2K1000集成了两路CAN接口控制器，接口电压为3.3V，最高传送速率1Mbps。两路CAN接口与GPIO管脚复用，通过地址为0x1fe10420的寄存器中bit17和bit16位can_sel进行设置，can_sel为1，管脚为CAN功能，否则为GPIO功能。

3. CAN总线配置
   1. 标准帧、扩展帧以及屏蔽码和滤波码

标准模式下，CAN控制器的有效ID是11位；扩展模式下，CAN控制器的有效ID是11位或29位。扩展模式下，在接收不同格式的帧的时候，验收代码0～验收代码3（code0~code3）所检查的内容有所不同。验收屏蔽码0~验收屏蔽码3（mask0~mask3）对应验收代码0～验收代码3。如果验收屏蔽码的某1位为1，则对应的验收代码的那一位就不参与对接收包的ID的检查。

扩展模式下，CAN控制器可以对接收到的消息包进行单滤波也可以进行双滤波。在进行单滤波时，验收代码0～验收代码3仅对单一ID进行过滤。在进行双滤波时，验收代码0～验收代码3可以对两个不同的ID进行。CAN控制器只将ID符合滤波条件的消息包存入接收缓冲区，本项目使用29位的单滤波，滤波码设置如下：

(rx_id[28:21]==code0)&&(rx_id[20:13]==code1)&&(rx_id[12:5]==code2)&&(rtr==code3[2])&&(rx_id[4:0]==code3[7:3])

3.2.波特率设置

CAN总线波特率计算公式如下：

1bit time＝internal_clock_time*((BRP+1)*2)*(1+（TESG2+1）+(TESG1+1))

通过总线定时寄存器0（BTR0）和总线定时寄存器 1（BTR1）进行设置，寄存器设置如表 1所示，其中核心板的内部时钟internal_clock_time=125MHz。

表 1 总线定时寄存器

根据以上参数，常见的波特率计算以及寄存器设置如下：

3.3.软件设计：

CAN数据配置与收发如图 1所示，CAN数据结构体定义如下：

CAN数据结构体定义如下：

typedef struct TS_CAN_PACKET

{

unsigned long CAN_ID;//CAN ID

unsigned char rtr;//0表示数据帧，1表示远程帧

unsigned char len;

unsigned char reserved;

unsigned char ext;//0表示标准帧;1表示扩展帧

unsigned char data[8];

unsigned long time;

}CAN_PACKET;

CAN配置结构体定义如下：

typedef struct TS_PORT_STRUCT

{

int mode;//0为双滤波;1为单滤波

unsigned long accCode;//在此的ID为左对齐

unsigned long accMask;//在此的ID为左对齐

int baudrate;

unsigned char brp,tseg1,tseg2;

unsigned char sjw,sam;

}PORT_STRUCT;

该项目使用的波特率是500Kbps，采用单滤波，扩展帧数据帧，具体如下所示：

CANBaudRateSet(can_fd1,500000);

CANFilter1=0x10000000;

CANMask1=0xEFFFFFF8;

cancfg.mode = 1;

cancfg.accCode = CANFilter1;

cancfg.accMask = CANMask1;

ioctl(can_fd1,CAN_SET_FILTER,&cancfg);

图 1 ReWorks系统下CAN总线配置与收发结果

4. 结论：

本文阐述了Reworks操作系统下的CAN总线接口设计，基于龙芯2K1000平台，分别描述了CAN总线的原理，CAN总线寄存器配置、波特率设置以及CAN总线数据结构体的定义。最后，通过实物仿真验证方法有效，数据传输可靠、无丢包现象。

参考文献：

[1]赵昶宇,胡平.VxWorks下多核编程[D].天津：天津津航计算技术研究所.2023

[2]雷超文,田文波.基于田基信息系统的数据分发技术研究 [D].上海：上海航天电子技术技术研究所.2022

[3]王悦 王树争 白云逸.基于LS2K1000-K处理器全国产化模块设计 [D].西安： 航空工业西安航空计算技术研究所.2024