關鍵詞： USB;CAN總線;LPC2119
引言
ABS(防抱死剎車系統)ECU(電控單元)在研發過程中，為了實時確定其行車參數和控制參數，通常會使用標定技術，標定技術就是通過一定的命令對ECU上傳和讀取控制算法參數，以達到對其實時修改以尋求的技術。對于車載電控單元來說，其通常只有CAN總線通信接口，為了能實現上位機和ECU能直接進行通信，實現利用標定技術對ABS ECU 進行開發，我們設計了一款能實現CAN到USB的數據轉換器。CAN通信協議是一種用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信協議。而USB具有即插即用的優點，并且有較高的通信速率，對于實現上位機和下位機的通信進行標定十分方便。我們設計的數據轉換器采用了NXP公司的LPC2119 ARM7處理器，通過它成功地實現上位機和ECU的可靠通信和對下位機的標定。
系統硬件設計
LPC2119 ARM7處理器
LPC2119是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32 ARM7 TDMI-S CPU 的微控制器，并帶有128/256kB嵌入的高速Flash 存儲器。128 位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32 位代碼能夠在時鐘速率下運行。
USB轉換芯片CH372
CH372 是一個USB 總線的通用設備接口芯片，在本地端，CH372 具有8 位數據總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到控制器的系統總線上; CH372 內置了USB 通訊中的底層協議，在內置固件模式下，CH372自動處理默認端點0 的所有事務。
系統設計
轉換器直接使用USB的5V供電，使用了LM1117將5V電源轉換成3.3V和1.8V以供ARM處理器及其外圍模塊使用，對于CAN控制器輸出的邏輯電平用TJA1050轉換成差分電平輸出CH372的設計十分重要，外接電容用于CH372 內外部電源節點去耦。在LPC2119的各電壓引腳分別接了0.01mf的電容進行濾波。在USB轉換芯片的設計中，可選4.7kW電阻用于在電源斷電后將電解電容中的電能及時釋放掉，使VCC 及時下降到0V，確保在下次通電時CH372 能夠可靠地上電復位。為使CH372 能夠可靠復位，電源電壓從0V 上升到5V 的上升時間應該少于100ms，所以電容的容量和電阻的阻值都不能太大。用15pF 的獨石或高頻瓷片電容作為CH372的時鐘振蕩電路的起振電容。
系統硬件設計部分框圖如圖1。
圖1 轉換器框圖
系統軟件設計
系統程序主要包括CAN控制器驅動程序，USB控制芯片CH372驅動程序，數據讀寫緩沖區的設計，以及如何調用CAN和USB的讀寫函數使數據的通信更好的同步。
CAN驅動程序
根據LPC2119微處理器CAN 控制器的特性，將CAN 的驅動程序分為3 個層次：1.硬件抽象層：將CAN 控制器的硬件特性用數據類型進行抽象，并提供CAN 控制器硬件操作的接口。對物理層的寄存器和相應地址影射，定義了CAN 控制器寄存器的數據類型和對寄存器的操作方法。2.功能函數層：CAN 控制器各種功能的實現函數，該層的函數利用硬件抽象層中對寄存器操作的接口來訪問CAN 控制器來實現各種CAN 控制器所能提供的功能。3.應用程序接口層：在該層中的主要提供給3 個函數，初始化CAN 控制器CANinit()、發送數據CANSendData()、接收數據CANRecieveData()。
CH372驅動程序
CH372 芯片在本地端提供了通用的被動并行接口。CH372 芯片的讀寫時序主要要求讀寫使能信號有一個2~10ms的持續時間，并且在a0=1時寫入命令，a0=0時讀寫數據。在本設計中，用LPC2119的IO口來表示CH372的各信號，并需要嚴格按照其時序要求用軟件模擬其讀寫時序，一個典型的寫數據子函數如下：
USBWriteData(uint32 Data)
{
………………………
IO0CLR=0x00000010; //a0=0,表示以下
寫入為數據
IO0PIN=Data; //向數據端口寫入數據
IO0SET=0x00000020; //rd=1，讀信號無效
IO0CLR=0x00000040; //wr=0，寫使能
Delay8us(1); //延時8us，表示寫信號
有效寬度
IO0SET=0x00000060;
…………………………
}
在以上程序中，對各端口的操作先后代表了CH372的讀寫時序信號的先后，適當的延時表示有效的寫/讀選通脈沖WR/RD的寬度，其典型值為90到10000ns，我們選擇25ms。同理可得寫命令，讀數據子函數：USBWriteCMD (uint32 CMD)，USBReadData( )。調用以上子函數提供了發送和接收數據的函數： IRQ_CH372(void), UploadUSBData(unint32 Length,uint32 Data[])。
環形緩沖區
在本設計中，設計了兩個環形緩沖區，分別存放USB及CAN的數據，使其能同步發送，一個典型的緩沖區數據結構如下：
struct CANRecRinBuf
{
Uint32 CANBuf[MAX];
Uint32 WritePtr;
Uint32 ReadPtr;
}
數據元素是無符號32位整數，MAX為環形緩沖區長度，WritePtr為讀指針，ReadPtr為寫指針。讀寫指針初始化為WritePtr = ReadPtr =0。通過CAN控制器接受的數據存放在環形緩沖區CANRecRinBuf中，再讀出數據從USB端輸出，保證了數據通信的可靠性。
上位機監控界面
安裝CH372的上位機驅動后，基于CH372的USB設備就可以被上位機識別了。調用CH372提供的動態連接庫CH372.dll及其相應的LIB文件CH372.Lib和頭文件CH372.h，以建立上位機的工序，調用CH372提供的庫函數CH375OpenDevice()、CH375CloseDevice()，用于打開和關閉設備，調用CH375WriteData(); CH375ReadData()接收下位機通過CH372發送上來的數據，并根據CAN總線數據的格式將其封裝成CAN格式的數據，提供對CAN數據的收發CANDownload()，CANUpload()。用C++設計相應的圖形界面以實現和下位機的通信。
結語
在ABS ECU的研發項目中，我們使用了此轉換器將ECU的CAN數據轉換成USB數據和上位機通信，ECU上傳需監控參數，上位機下傳標定參數。其硬件上使用ARM7內核的LPC2119作為控制器，以及底層軟件的設計確保了轉換器在實際的ECU開發的CCP標定的工程中，在大量數據進行傳輸的過程中有較好的可靠性。
參考文獻：
1. QinHeng Electronics.CH372 Datasheet[EB/OL].http://winchiphead.com/,2006
2. Philips.LPC2119 Datasheet[EB/OL].http://www.zlgmcu.com/,2006