基于mb90f543微控制器的双can冗余设计

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1、基于MB90F543微控制器的双CAN冗余设计作者：■西南交通大学莫传孟林彦凯冯晓云摘要：为提高现场CAN通信的可靠性，开发一种采用MB90F543微控制器的双CAN冗余通信系统。论述双CAN系统的冗余控制机理、硬件构成、软件设计；阐述应用中须注意的一些问题。关键词：双CAN总线MB90F543微控制器冗余总线管理引言：　　虽然CAN协议本身具有较强的检错纠错能力，但在工业控制现场，插头连接的不牢固、传输介质的损坏或总线驱动器的损坏等都会破坏CAN的可靠通信。在要求高可靠性的应用系统中，这些故障如不能自动检

2、测到并采取相应措施克服，将使系统部分甚至完全失去通信能力。解决这一问题的有效途径是采用冗余通信控制。从而保证通信系统主要功能正常运行，以此提高系统的可靠性。1系统硬件组成　　MB90F543是Fujitsu公司推出的一款带2个CAN控制器的16位微控制器。系统使用两套总线（CAN0、CAN1），每一套包含独立的总线电缆、总线驱动器和总线控制器，可以实现物理介质、物理层、数据链路层及应用层的全面冗余。两套总线采用热备份方式运行：一个CAN控制器作为系统上电后默认的CAN（可称为主CAN）；另一个为系统的备用C

3、AN（称之为从CAN），作为主CAN的冗余。系统正常工作时，主CAN总线（CAN0）投入运行。当主CAN总线发生故障时，从CAN总线（CAN1）投入运行。如上电检测到主CAN总线故障，则从CAN总线自动投入运行。这样在一套总线发生故障时，另一套总线自动继续工作，保证整个系统的通信功能正常运行，大大提高了系统的可靠性，实现了CAN总线的全面冗余设计。另外，也可以根据需要，由软件设定采取冗余方式或非冗余方式。对于非冗余方式只采用主CAN总线运行。本系统的结构方案如图1所示。　　　　　　　　　RT为总线终端匹配电

4、阻，用于抑制信号发射干扰，RT=100Ω或120Ω。网络采用屏蔽双绞线作为通信介质。　　CAN控制器集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对数据通信的成帧处理，包括位填充、数据块编码、CRC校验和优先级判别等工作。　　CAN控制器具有以下主要特点：◇符合CAN2.0A和CAN2.0B协议；◇支持数据帧和远程帧的发送和接收；◇16个收发信息缓冲器，支持11位或29位标识符，支持多级信息缓冲器结构；◇支持满位比较、满位屏蔽和位屏蔽验收三种验收标识选择方式；◇两个验收标识寄存器支持标准帧或扩展帧格式；◇

5、波特率从10Kbps~1Mbps可编程。　　总线驱动器采用PCA82C250作为CAN控制器与物理总线间的接口，以提升总线的差动发送和接收能力。　　CAN驱动电路如图2所示。　　　　　　　　　　2系统软件设计2.1实现双CAN冗余控制功能　　在双CAN冗余系统中，较之硬件结构而言，软件设计相对复杂得多。一般的CAN总线通信程序必须包括CAN初始化程序、CAN发送程序和CAN接收程序三个基本部分。在本冗余系统软件设计中，上面三部分作为三个最基本的模块，供系统其它软件模块调用。　　MB90F543可以处理256

6、种中断源，与CAN控制器相关的硬件中断有四个：CAN0RX（CAN0接收完全中断）、CAN0TX/NS（CAN0发送完全/节点状态改变中断）、CAN1RX（CAN1接收完全中断）、CAN1TX/NS（CAN1发送完全/节点状态改变中断）。在本软件设计中，采用查询发送，中断接收。节点状态改变中断子程序，用于对节点状态改变的处理。这是因为在CAN2.0协议中规定节点处于下面三种状态之一：错误激活态、忽略错误态、脱离总线态。在MB90500系列中还多规定了一种警告态，它表明发送/接收错误计数器的值超过96。节点状

7、态改变会引起相应中断。　　由于系统采用双CAN冗余热备份方式运行，所以两个CAN控制器必须都处于热备份状态。系统中所有节点的两个CAN控制器经初始化后都随时准备接收信息，但有且只有一个CAN控制器在发送信息。换言之，在一个时间点上，系统中有且仅有一路CAN通道在工作，另一路处于监听状态（正常工作时），或故障状态（发生故障时）。　　双CAN冗余控制系统较之单CAN控制系统在软件设计上的复杂之处，关键在于CAN系统故障检测及CAN系统自动切换。由于采用两套完全独立的传输介质、总线驱动器和总线控制器，因此它们能分

8、别独立检测到自己通道的故障，比如CANH与CANL短路，CANH或CANL断开、CANH与地短路、CANL与电源短路、总线驱动器损坏等。实际调试中发现，如果CANH、CANL断开或只有一个发送器在总线上，均会造成发送/接收错误计数器不断增加到128，使节点处于忽略错误态；而CANH与CANL短路、CANH与地短路或CANL与电源短路均会造成发送/接收错误计数器不断增加到256，使节点处于总线脱离态。所以，通过节点