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WindowsCE.Net下CAN卡的驅動程序設計
摘要：主要討論在WinCE設計和開發CAN卡通信程序的方法；詳細介紹CAN卡底層驅動函數的設計和實現，同時將驅動進行封裝，用動態庫的方式提供給用戶CAN卡通信用的驅動，使用啟可以方便地在自己的程序中調用，實現WinCE下的CAN卡通信。關鍵詞：WinCE.NET CAN 驅動
引言
近年來電力行業為了快速部署變電站，采用了建造整體變電所的方法：在生產基地將變電站的內部設備安裝、調試完成，只留下與外界的接口，整體運到變電站所在地后進行安裝和簡單調試即可投入運行。其內部設備通過CAN總線進行通信，系統原有的監控軟件基于DOS系統，維護調試比較困難，因此想要尋求更方便、友好的系統支持。經過比較，嵌入式操作系統市場上風頭正勁的Windows CE .NET成為最終選擇。微軟的最新產品Windows CE.NET提供了端對端的開發、調試手段，可以不拆卸設備的情況下通過Telnet登錄到WindowsCE上進行調試和維護，其系統本身為嵌入式市場進行重新設計，包括創建一個基于WindowsCE的定制設備所需的一切。這樣就需要將原來DOS下的程序移植到WindowsCE.NET下，但是各個硬件廠商目前還沒有提供CAN通信卡在Windows CE.NET下的驅動，所以開發Windows CE.NET下的CAN卡驅動成為項目推行中的關鍵一環。
本文主要針對研華的雙口CAN卡PCM3680進行分析，介紹在WindowsCE.ENT系統下進行底層設備驅動開發的方法并提供CAN通信的實例。
(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)
1 CAN總線通信協議及CAN通信卡介紹
CAN總線是德國Bosch公司20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開的一種串行數據通信協議。它是一種多主總線，廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。這種方法使網絡內節點個數在理論上不受限制，擴展格式中的29位的標識碼便可以定義2 29個不同的數據塊。
在本項目中使用的是研華的PCM3680，這是一塊嵌入式PC104的雙口CAN總線通信卡；CAN控制器采用Philips的獨立CAN控制器SJA1000芯片；CAN收發器采用Philips的P82C250，可以同時操作兩個CAN網絡，提供高達1Mb/s的傳輸速度。PCM3680支持很寬的中斷范圍：中斷3、4、5、6、7、9、10、11、12、15，同時1000V的光電隔離提供系統高可靠性。在CAN卡通信中，要用到CAN控制器中的很多寄存器，各個寄存器的含義和作用可以參考控制芯片的說明書。圖1列出驅動程序設計中用到最主要的寄存器結構。
2 CAN卡驅動底層函數設計
本方案設計CAN驅動是放在Windows CE操作系統的內核下層，位于OEM adaptation layer（OAL）層的一個真正的驅動，而不是在主程序中的串口操作。在Windows CE的設備管理器可以看到CAN1和CAN2兩個端口，并且可以查看其工作的正常與否和對其進行配置。如：中斷號和I/O地址。
2.1 CAN卡寄存器讀寫函數
CAN卡的通信是通過操作CAN卡上的CAN控制器進行的。在CAN控制器中有很多寄存器，如控制寄存器、命令寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器等，通過讀寫這些寄存器中的命令狀態字可以檢測和控制CAN卡的行為。在Windows CE.NET下，通過調用DOK中的API函數HalTranslateBusAddress，將CAN卡分配的物理地址映射為邏輯地址。這樣各個寄存器對應的就是CAN卡基地址的偏移地址，因此，對寄存器的讀寫就轉化為對內存地址的讀寫。下面是CAN卡寄存器的讀寫函數：
*在偏移量為off的地址讀取一個字節的數據inline BYTE CANR(LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan，DWORD off)
{
return hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr[off];
*將一個字節數據寫到偏移量為off的地址中inline VOID CANW(LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan，DWORD off,BYTE val)
{
hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr[off]=val；
}
參數LPCAN_HW_OPEN_INFO定義的是CAN卡的數據結構，其中成員lpMappeBaseAddr[0]表示的是映射后基地址，lpMappedBaseAddr[1]就是基地址+1的地址，對應CAN卡的寄存器是命令寄存器。通過上述兩個函數可操作CAN卡上的所有寄存器。
2.2 CAN卡初始化
CAN卡的控制器比較復雜，在通信前必須確認硬件信息正確性、初始化各寄存器。初始化函數的基本流程如圖3所示。
第一步，檢查端口號和硬件信息的正確性，主要是CAN卡中斷號是否有效。
第二卡，設置CAN卡默認參數：
CanCardConfigInfo CAN_DEFAULT_SETTING=
{0X00,0XFF,0X03,0X1C};/*設置默認波特率為125Kbps*/
DWORD dwThreadID =0；
PHYSICAL_ADDRESS phyAddr={hwInfo->dwIOBaseAddr *16,0 }；
第三卡，用WinCE API函數LocalAlloc為CAN卡驅動中用到的數據結構分配緩沖區；通過HalTranslateBusAddress和MmMapIoSpace函數映射I/O地址，提供直接訪問設備的虛擬地址：
if(!HalTranslateBusAddress(Isa,0,phyAddr,0,&phyAddr))
goto _ExitInit；
hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr=
(LPBYTE)MmMapIoSpace(phyAddr,CANCARDADDRLEN,FALSE);
if(!hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->lpMappedBaseAddr)
goto _ExitInit；
如果分配內存或映射邏輯地址失敗，則退出初始化程序，CAN卡初始化失敗。
第四步，初始化讀寫屬性、共享模式、讀超時時間和第二個CAN口的基地址。
第五步，創建CAN卡事件和數據接收事件：hCan->lpCanHWInfo->hCanEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);
hCan->lpCanHWInfo->hRecvMsgEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);
第六步，初始化中斷，如果CAN卡有復位請求就退出初始化程序。設置好中斷后啟動數據接收線程，設置線程優先級繼續線程處理；最后配置CAN卡參數，進入正常運行狀態。
2.3 CAN卡信息發送
CAN卡的信息發送分為兩個步驟。在對CAN卡基本信息進行檢查后，首先設置發送緩沖的ID號。CAN標準模式的ID號為11位，偏移地址10中存放的是ID號的高8位，偏移地址11的高3位存放的是ID號的低3位，剩下5位分別是RTR位（遠程傳送請求位）和數據長度。通過CANW函數將處理后的數據寫入到相應的偏移地址，設置完相應的地址數據后，通過循環將偏移地址12～19的數據采集回來存到數組中。然后，設置CAN卡的傳輸請求為允許并不斷偵測狀態寄存器的變化，當傳輸緩沖滿標志或傳輸結束標志為1時通出程序，完成一次數據采集。傳輸緩沖區的寄存器如表1所列。
表1
表2
ID號 20 ID.10 ID.9 ID.8 ID.7 ID.6 ID.5 ID.4 ID.3 RTR，數據長度碼 21 ID.2 ID.1 ID.0 RTR DLC.3 DLC.2 DLC.1 DLC.0 數據1～8 22～29 數據 數據 數據 數據 數據 數據 數據 數據CAN消息發送函數的實現如下：
BOOL CAN_SendMessage(LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan,LPCanCardMessageBuflpMsg)
{
BOOL bSuc=FALSE;
ASSERT(hCan && lpMsg && lpMsg->dwMessageLen <=8); /*防錯處理*/
if(0= =(hCan->dwAccessCode & GENERIC_WRITE))
return FALSE;
:: EnterCriticalSection(&hCan->lpCanHWInfo->
TransmitCritSec); /*進入臨界區*/
BYTE byV=static_cast<BYTE>(1pMsg->dwMsgID>>3)；
CANW（hCan,10,byV）; /*設置ID值高8位*/
byV=static_cast<BYTE>=((lpMsg->dwMsgID & 7)<<5);
if(lpMsg->bRTR) byV|=0x10;
byV+=static_cast<BYTE>(lpMsg->dwMessageLen);
CANW(hCan,11,byV);/*設置ID值低3位、RTR及數據長度*/
for(UINT i=0;<lpMsg->dwMessageLen;++i)
{
CANW(hCan,12+i,lpMsg->byMsg[i]);
} /*采集數據*/
CANW（hCan,1,1）;/*重置傳輸請求*/
while(TRUE)
{byV=CANR(hCan,2);
if(byV & 0X40) /*傳輸緩沖區滿，退出*/
{break;}
if(byV & 0X8){ /*傳輸結束，正確返回退出*/
bSuc = TRUE;
break;}
}
::LeaveCriticalSection(&hCan->lpCanHWInfo->TransmitCritSec); /*離開臨界區*/
return bSuc；
}
2.4 CAN卡信息接收
CAN卡的信息接收是發送的逆過程，當接收緩沖區標志為1時，表示緩沖區已滿可以接收數據，將數據接收到數組后釋放接收緩沖區，然后對接收到的數據進行分解并存儲到CAN卡信息緩沖區的結構體。接收緩沖區的寄存器結構如表2所列。
CAN消息接收函數的實現如下：
BOOL CAN_RecvRecvMessage(LPCAN_HW_OPEN_INFO
HCan,OUT LPCanCardMessageBuflpMsg)
{……
if(CANR(hCan,2)&1){ /*判斷接收緩沖區是否已滿*/
for(UINT i=0;i<10;++i)
recvBuf[i]=CANR(hCan,20+i);/*將數據暫存到臨時緩沖區*/
CANW（hCan,1,4）; /*釋放接收緩沖區*/
LpMsg->dwMsgID=recvBuf[0]<<3; /*取出ID的高8位*/
BYTE byV =recvBuf[1];
LpMsg->dwMsgID+=byV >>5;/*取出ID低3位，然后和高8位合并*/
LpMsg->bRTR =byV &0x10?TRUE:/*返回RTR狀態*/
LpMsg->dwMessageLen = byV &0XF; /*返回數據長度*/
……
}
else
{++hCan->lpCanHWInfo->dwErrorMsgCount;}/*沒有收到數據，錯誤計數加1*/
：：LeaveCriticalSection(&hCan->lpCanHWInfo->
ReceiveCritSec); /*離開臨界區*/
Return bSuc;
}
2.5 CAN卡事件處理
CAN卡事件處理函數是CAN卡驅動程序中很重要的部分。驅動設計要求具有消息通知的功能，當事件發生時及時捕獲事件并進行消息處理。
下面是事件處理函數的實現：
staric DWORD WINAPI CAN_EventHanle(LPVOID lpParam)
{
ASSERT（lpParam）;
LPCAN_HW_OPEN_INFO hCan=(LPCAN_HW_OPEN_INFO)lpParam;
CanCardMessageBuf bufMsg;
while(TEUE)
{ /*循環等待CAN卡消息產生，然后進行處理*/
：：WaitForSingleObject(hCan->lpCanHWInfo->hCanEvent,0XFFFFFFFF);
if(hCan->lpCanHWInfo->bKillCanThread) break; /*若CAN線程已關閉則中斷*/
if(CAN_RecvMessage(hCan,&hufMsg)){ /*正確接收數據后*/
CAN_RecvBufPush(hCan，&bufMsg);} /*將數據壓入緩沖*/
BYTE byV=CANR(hCan,3); /*將3號寄存器讀出然后立即寫入*/
CANW（hCan,3,byV）；/*能夠獲取每次中斷*/
InterruptDone(hCan->lpCanHWInfo->lpCanObj->dwSysIrqt);
} /*本次中斷結束，等待下次中斷*/
return 0;
}
2.6 其它函數
為了提供更多的功能和更方便地使用CAN卡進行通信，在CAN卡驅動程序中還設計了一些函數如CAN_Config用CAN卡信息配置、CAN_RecvBufPop用于處理接收緩沖區、CAN_Reset用于復位CAN卡、CheckHWInfo用于硬件信息檢查等。這些函數提供了對CAN通信卡的設置、檢查等功能，在這里不再詳述了。
3 CAN卡驅動封裝設計
CAN卡底層驅動函數雖然功能完整，但是對于用戶使用比較復雜并且一般用戶不需要了解底層實現的機制。為了便于使用，最后對CAN卡的驅動進行了封裝，提供CanOpenFile、CanSendMsg等五個函數用于CAN總線的通信，以動態連接庫（DLL）的形式提供給用戶調用。封裝函數及功能如下：
*CanOpenFile；初始化并打開CAN卡的一個端口。
*CanCloseFile；關閉由CanOpenFile打開的CAN卡端口。
*CanRecvMsg;接收CAN卡數據，打開CAN卡時必須具有GENERIC_READ權限。
*CanSendMsg;通過CAN卡發送數據。打開CAN卡時必須具有GENERIC_WRITE權限。
*CanIOControl;設置或獲取CAN卡I/O參數支持的I/O控制包括：IOCTL_CAN_CONFIG，IOCTL_CAN_RESET，IOCTL_CAN_TIMEOUT，IOCTL_CAN_SENDREADY，IOCTL_CAN_RECVREADY。
下面是CanSendMsg函數實現的代碼：
BOOL CanSendMSg(
HANDLE hCan,
LPCanCardMessageBuflpMsg)
{
if(!hCan||INVALID_HANDLE_VALUE= =hCan||
!lpMsg||lpMsg->dwMessageLen>8)return FALSE;
return CAN_SendMessage(LPCAN_HW_OPEN_INFO)
hCan,lpMsg);
該函數就是通過封裝CAN卡的底層驅動函數SendMessage來實現的，這樣將功能集中的五個函數更方便了用戶使用。
結語
程序開發的上位機是普通的PC機，軟件環境是：Windows2000 Professional、Embedded Visual C++4.0、與下位機中WinCE.NET對應的SDK，該SDK是在用Platform Builder 4.0定制WinCE時編譯生成的。下位機使用的硬件是研華的嵌入式PC104主板PCM3346N，操作系統為WinCE.ENT。
本文設計開發的驅動已經在北京懷柔的變電站項目中得到成功的應用，CAN卡通信穩定，系統在WINCE.NET下運行可靠，保證了項目的順利實施。
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