基于SJA1000的CAN总线控制器自动检测系统_郁文君.pdf

收稿日期:2023 03 01第一作者:郁文君(1991)，男，江苏无锡人，本科，工程师，主要从事国产元器件硬件应用设计。E mail:799056738 qq com基于 SJA1000 的 CAN 总线控制器自动检测系统郁文君1，张杰2，李文学1(1 中科芯集成电路有限公司，江苏 无锡 214072;2 无锡市检验检测认证研究院，江苏 无锡 214101)摘要:介绍了 CAN 总线的主要特性，简述基于 SJA1000 的 CAN 总线控制器自动检测系统实现对国产 CAN 总线控制器芯片进行功能测试的目的。给出自动检测系统处理器模块电路、CAN 总线接口电路和测试报文收发程序框图。由于 SJA1000 支持标准 CAN 总线2 0A 和2 0B 协议，同时支持 Intel 和 Motorola 两种接口时序，采用软、硬件设计方法，通过对待测试 CAN 总线控制器寄存器读写、初始化及多种模式收发试验，为国产 CAN 总线控制器芯片自动检测以及应用设计提供参考，可以提升芯片检测效率 50%以上，减少应用设计错误。关键词:SJA1000;CAN 总线协议;自动检测;应用设计中图分类号:TP273文章编号:1000 0682(2023)04 0043 05文献标识码:ADOI:10 19950/j cnki cn61 1121/th 2023 04 008Automatic detection system of CAN bus controller based on SJA1000YU Wenjun1，ZHANG Jie2，LI Wenxue1(1 China Key Syetem Iitergrated Circuit Co，Ltd，Jiangsu Wuxi 214072，China;2 Wuxi Inspection and Testing Certification esearch Institute，Jiangsu Wuxi 214101，China)Abstract:This article introduces the main characteristics of the CAN bus，and describes the automa-tic detection system of CAN bus controller based on SJA1000 to realize the function test of domestic canbus controller chip The processor module circuit，can bus interface circuit and test message sending andreceiving program block diagram of automatic detection system are given Because SJA1000 supportsstandard CAN bus 2 0A and 2 0B protocols，it also supports Intel and Motorola interface timing Thesoftware and hardware design methods are adopted to test the functions of CAN bus controller registerreading and writing，initialization and multi mode transceiver It provides a reference for the automaticdetection and application design of domestic can bus controller chip，which can improve the detectionefficiency of more than 50%and reduce the application design errorsKeywords:SJA1000;CAN bus protocol;automatic detection;application design0引言CAN 总线是一种分布式、双向、多主的串行通用总线，以其高可靠性、灵活性和实时性，CAN 总线在机械、数控、车载、机载和舰载等各个领域都有非常广泛的应用，而且 CAN 总线已经成为工业控制领域首选的现场总线之一。SJA1000 是一款支持标准CAN 总线 2 0A 和 2 0B 协议的控制电路，它支持Intel 和 Motorola 两种接口时序，同时支持标准帧和扩展帧 2 种帧类型，串口端收发速率最高可达 1Mbps，多模式切换使用非常灵活。目前基于 CAN总线控制器 SJA1000 和 CAN 收发器 PCA82C250 的接口设计已经被广泛应用，随着近几年芯片国产化要求越来越高，国产 CAN 总线控制器和收发器芯片在设计、封装之后，必须经过功能检测才能确保芯片的品质;同时 CAN 总线控制器芯片在车载、舰载及机载等领域中扮演着关键角色，必须对其功能模式、传输速率以及数据收发误码情况等进行验收检验。传统的 CAN 总线控制器芯片测试方法，尤其是针对支持多种扩展模式、可编程波特率的芯片，需要耗费342023 年第 4 期工业仪表与自动化装置大量时间精力，增加了测试成本。而且这种不足之处随着芯片的批量生产交付，将显得尤为突出。STM32 具有很强的灵活性、开发周期短、系统维护简单易行。这些特征使得 STM32 在低速外设控制等很多领域得到了越来越多的广泛应用。将 STM32 和 CAN 总线控制器芯片功能检测结合起来，可以大大提高检测的速度和可靠性，节约投入成本，能适应大批量芯片的测试;同时该检测系统可作为 SJA1000 应用设计的最小通信系统。1硬件设计1 1处理器模块设计该文采用 STM32F103CT6 作为核心处理器，集成 AM CortexTM M3 32 位的 ISC 内核，最大工作频率 72 MHz，支持 GPIO 及 USAT 等常见接口。该芯片具有集成度高、功耗低、成本低以及外围接口电路简单等特点，被广泛应用于工业控制领域。整个处理器模块的架构如图 1 所示。图 1处理器模块架构图处理器模块用到的功能如下:(1)外部中断，用 STM32 的外部中断功能。可以利用按键触发外部中断，实现人工对系统的复位，便于系统运行过程出现异常及时复位;可以利用按键触发外部中断，实现测试的启动和停止;作为全功能 CAN 总线控制器 SJA1000 和待测试 CAN总线控制器某型号的中断信号接到处理器的外部中断，实现 CAN 总线收发测试时的数据处理标志;(2)同步异步串行通信 USAT，用 STM32 的USAT 接口，外接型号为 MAX3232E 的 S232 收发器芯片，接口为 DB9，可以和上位机软件通信;(3)基本定时器 TIM，用 STM32 的定时器功能，可以实现对系统测试过程进行监控，并对各测试环节的状态进行计时指示，此外还作为测试报文收发提供准确的时间间隔;(4)通用 GPIO，用 STM32 的 GPIO 接口模拟全功能 CAN 总线控制器 SJA1000 和待测试 CAN 总线控制器某型号的控制时序1，实现对 CAN 总线控制器的初始化、寄存器读写、测试报文的收发和校验等功能，此外 GPIO 还外接 LED 指示灯，用以测试环节的状态指示。1 2电平转换模块设计由于 STM32 的外设端口电压除去特定的 GPIO输入能达到 5 V，基本都是 3 3 V，而目前 CAN 总线控制器电路控制信号电平多为 5 V，所以为了兼容多种型号的 CAN 总线控制器，在 STM32 和 CAN 总线控制器之间接 TI 公司的 TXB0108PW，该电路是8 位具有自动感应的双向电压电平转换器，传输速率为 20 Mbps。TXB0108PW 的 A 端口接 STM32，电压为 1 2 V 3 6 V，B 端口接 CAN 总线控制器，电压为 1 65 V 5 50 V，可以根据实际情况进行调节，基本满足目前所有 CAN 总线控制器的数据传输2。系统用来做测试和待测试的 CAN 总线控制器都是 5 V 供电，信号电平均为 5 V，所以 B 端口的电压为 5 V。1 3CAN 总线收发模块设计CAN 总线收发模块中，用来做测试的全功能CAN 总线控制器 A 为 SJA1000，待测试的 CAN 总线控制器 B 为国产型号，收发器都为 PCA82C250。2路收发器 CANH 和 CANL 通过双绞线互联以实现通信，CANH 和 CANL 接收端和发送端都串接 120 的终端电阻，用来消除阻抗不连续和阻抗不匹配时导致信号反射影响3 6。CAN 总线收发模块架构如图 2 所示。图 2CAN 总线收发模块架构图1 4电源模块设计电源模块为一路 5 V 稳压电源输入，在系统上电后，电源一路通过磁珠直接为全功能 CAN 总线控44工业仪表与自动化装置2023 年第 4 期制器 SJA1000 以及 CAN 总线收发器供电，另一路通过 LDO 芯片将 5 V 转成 3 3 V 为处理器模块供电，LDO 选用 TI 公司的 LM1085 3 3 V 芯片，最大输出电流 3 A。待测试 CAN 总线控制器 B 根据需要选择供电电压7。电源模块架构如图 3 所示。图 3电源模块架构图1 5整板 PCB 设计将各个模块整合在一块 PCB 板上，CAN 总线控制器使用夹具固定在线路板上，便于插拔替换，最终实物图如图 4 所示。在 PCB 布线方面，CAN 总线控制器所有信号线到电平转换模块，再到处理器都做了等长。图 4整板 PCB 实物图2软件设计全功能 CAN 总线控制器 A 和待测试 CAN 总线控制器 B 置于测试夹具中。检测系统上电完成后，STM32 初始化 GPIO 和 USAT 接口，初始化 CAN 总线控制器，包括波特率、帧类型(标准帧或扩展帧)、模式(Intel 或者 Motorola，BasicCAN 或者 PeliCAN)以及验收滤波器等，同时向上位机软件发送初始化信息。初始化成功后，对全功能 CAN 总线控制器 A和待检测 CAN 总线控制器 B 进行测试寄存器的读写，测试成功后，上位机软件向 STM32 发送测试报文数量，发送测试报文时间间隔等信息。STM32 接收到上位机软件下发的信息后进行解析和参数设置，最后可以通过线路板按键信号或者上位机发送测试命令后开始测试8 17。测试过程:STM32 按照设定的报文发送数量和报文发送时间间隔控制全功能 CAN 总线控制器 A进行报文发送，报文内容中 ID 及 DATA 数据可以选择累加或者不变，便于结果校验。待测试 CAN 总线控制器 B 接收到报文后给 STM32 一个中断信号，STM32 收到中断信号后读取待测试 CAN 总线控制器 B 中断寄存器，判断是否是接收中断。如果不是接收中断，记录当前中断寄存器值，CAN 总线控制器 B 接收中断指示灯亮红色;否则接收中断指示灯亮绿色。从待测试 CAN 总线控制器 B 接收缓冲区读取接收到的报文，解析 ID 和 DATA，与发送报文中的 ID 和 DATA 进行比较，如果不一致则记录当前正确和出错的报文，ID 出错 CAN 总线控制器 B 接收 ID 指示灯亮红色，DATA 出错则 CAN 总线控制器 B 接收 DATA 指示灯亮红色，记录当前错误相关寄存器值;否则 CAN 总线控制器 B 接收 ID 和接收DATA 指示灯亮绿色。一旦 CAN 总线控制器 B 接收中断指示灯、接收 ID 指示灯和接收 DATA 指示灯亮红色则保持，不会在下一帧报文接收判断后更改，以便指示当前次测试是否出现错误。CAN 总线控制器 B 每收到一帧报文后向 CAN 总线控制器 A 发送一条测试报文，重复上述操作，用 CAN 总线控制器 A 检测 CAN 总线控制器 B 发送报文是否正确，同时使用 CAN 总线控制器 B 接收中断指示灯、接收ID 指示灯和接收 DATA 指示灯来指示 CAN 总线控制器 B 的发送情况。直到 CAN 总线控制器 B 最后一帧测试数据发送完成，停止测试。具体软件设计方案如图 5 所示。全部内容测试结束后，STM32 给上位机发送测试结果，测试结果如图 6 所示。542023 年第 4 期工业仪表与自动化装置图 5软件设计方案图64工业仪表与自动化装置2023 年第 4 期图 6测试结果3结论该文设计了一种基于 SJA1000 的 CAN 总线控制器自动检测系统，该系统集成在一块 PCB 板上，通过搭建测试环境，根据软件设计方案进行一键检测，测试结果表明所设计的系统稳定可靠。从 CAN总线控制器测试寄存器的读写、初始化、中断寄存器监测及错误寄存器监测，可以对待测试 CAN 总线控制器 B 在初始化和通信过程发生的任何问题进行反馈，便于发现并分析定位问题。可以根据实际测试需要，设置测试报文总的收发数量和报文发送时间间隔;还可以设置每条测试报文 ID 和 DATA 是否变化，来检测待测试 CAN 总线控制器 B 的数据收发是否正常。该系统大大提高了检测的速度和可靠性，节约投入成本，能适应大批量芯片的测试验证工作。参考文献:1 靳俊杰，李欣，徐铭 基于 STM32 的 IO 设备模拟器设计 J 物联网技术，2018(2):36 38 2 李华，朱波，郑培云 基于 CAN 总线的高可靠成像控制系统设计J 计算机测量与控制，2017，25(10):69 72 3徐侃，张凤登 基于 CAN 总线的红外测温系统设计 J 电子测量技术，2018，41(10):55 58 4杨另，王霄 基于单片机的 CAN 总线数据采集设计与实现 J 智能计算机与应用，2019，9(6):197 205 5 赵明 基于现场总线的远程抄表系统 J 山西电子技术，2017(1):19 21 6 郝志廷 汽车 CAN 总线系统智能节点设计J 通化师范学院学报(自然科学版)，2018(2):9 12 7 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