CAN控制器SJA1000及其应用

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摘要：介绍CAN控制器SJA1000的特点、内部结构以及SJA1000的寄存器结构及地址分配；CAN协议通信格式。并以独立CAN控制器SJA1000为例，结合CAN协议说明了一种通用型CAN总线的开发与设计。

    关键词：CAN总线 SJA1000 单片机

1 SJA1000简介

SJA1000是PHILIPS公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品，功能更强，具有如下特点：

①完全兼容PCA82C200及其工作模式，即BASICCAN模式；

②具有扩展的接收缓冲器，64字节的FIFO结构；

③支持CAN2.0B；

④支持11位和29位识别码；

⑤位速率可达1Mbit/s；

⑥支持peliCAN模式及其扩展功能；

⑦24MHz的时钟频率；

⑧支持与不同微处理器的接口；

⑨可编程的CAN输出驱动配置；

⑩增强了温度范围（-40℃～+125℃）。

图1 SJA1000内部结构

2 SJA1000内部结构

SJA1000的内部结构如图1所示，主要由接口管理逻辑IML、信息缓冲器（含发送缓冲器TXB和接收缓冲器RXFIFO）、位流处理器BSP、接收过滤器ASP、位时序处理逻辑BTL、错误管理逻辑EML、内部振荡器及复位电路等构成。IML接收来自CPU的命令，控制CAN寄存器的寻址并向控制提供中断信息及状态信息。CPU的控制经IML把要发送的数据写入TXB，TXB中的数据由BSP处理后经BTL输出到CAN BUS。BTL始终监视CAN BUS，当检测到有效的信息头“隐性电平-控制电平”的转换时启动接收过程，接收的信息首先要由位流处理器BSP处理，并由ASP过滤，只有当接收的信息的识别码与ASP检验相符时，接收信息才最终被写入RXB或RXFIFO中。RXFIFO最多可以缓存64字节的数据，该数据可被CPU读取。EML负责传递层中调制器的错误管制，它接收BSP的出错报告，促使BSP和IML进行错误统计。

3 SJA1000的寄存器结构及地址分配

表1是工作在BASIC CAN模式下的SJA1000的寄存器结构及地址分配表。CAN控制器工作模式的设定、数据的发送和接收等都是通过这些寄存器来实现的。时钟分频寄存器OCR用于设定SJA1000工作于BASIC CAN还是PeliCAN，还用于CLKOUT引脚输出时钟频率的设定，在上电初始化控制器时必须首先设定；在工作模式下，控制寄存器CR用于控制CAN控制器的行为，可读可写；命令寄存器CMR只读写；状态寄存器SR只能读；而IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR在工作模式下读写无意义。通常，在系统初始化时，先使CR.0=1，SJA1000进入复位模式。在此模式下IR、ACR、AMR、BTR0、BTR1及OCR均可读可写，此时设置相应的初值。当退出复位模式时，SJA1000即按复位时设定的相应情况工作于工作模式，除非再次使芯片复位，否则上次设定的值不变。当需要发送信息时，若发送缓冲器空闲，由CPU控制信息写入TXB，再由CMR控制发送；当接收缓冲器RXFIFO未满且接收信息通过ASP，则接收到的信息被写入RXFIFO。可通过两种方法读取接收到的信息。一种方法是，在中断被使能的情况下，由SJA1000向CPU发中断信号，CPU通过SR及IR可以识别该中断，并读取数据释放接收缓冲器；另一种方法是直接读取SR，查询RXFIFO的状态，当有信息接收时，读取该信号自并释放接收缓冲器。当接收缓冲器中多条信息时，当前的信息被读取后，接收缓冲器有效信号会再次有效，通过中断方式或查询方式可以再次读取信息，查到RXFIFO中的信息被全部读出止。当RXFIFO已满，如还有信息被接收，此接收信息不被保存，且发出相应的缓冲器溢出信号供CPU读取处理。

表1 SJA1000的寄存器结构及地址分配表

寄  存  器	地  址	寄存器名		地 址	寄存器名		地 址
控制寄存器CR	0	测试寄存器		9	接 收 缓 冲 器	RDID0	20
命令寄存器CMR	1	发	TXID0	10		RDID1	21
状态寄存器SR	2	送	TXID1	11		RXDATA1	22
中断寄存器IR	3	缓	TXDATA1	12		·	·
接收代码寄存器ASR	4	冲	·	·		·	·
接收屏蔽寄存器AMR	5	器	·	·		·	·
位定时寄存器BTR0	6	T	·	·		RXDATA9	29
位定时寄存器BTR1	7	X	TXDATA8	19	时钟分频寄存器OCR		31
输出控制寄存器OCR	8	B

4 CAN协议通信格式

CAN协议通信格式中有四种帧格式：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。其中数据帧和远程帧的发送需要在CPU控制下进行，而出错帧和超载帧的发送则是在错误发生或超载发生时自动进行的。因此人们更关心前两个帧的结构。数据帧结构如图2所示。
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    一个完整的数据帧格式，除仲裁场、控制场、数据场外都是CAN控制器发送数据时自动加上去的，而仲裁场、控制场、数据场则必须由CPU控制给出。用SJA1000时，写出发送缓冲器的TXID0、TXID1即设定了相应的仲裁场和控制场。TXID0即为仲裁场的高8位，TXID1的高3位为仲裁场的低3位，仲裁场共11位。TXID1的第5位为RTR位，即远程请求位，在数据帧中为“0”；TXID1低四位标示数据场所含字节数的多少，称为DLC。RTR与DLC共同构成控制场。发送的数据组成数据场，最多不超过8个字节。远程帧与数据帧的形式差别在于没有数据场。除此形式上的差别外，在远程帧中RTR位须置“1”，表示请求数据源节点向它的目的点（即发送远程帧的节点）发送数据。源节点接收到该帧后，把要发送数据用数据帧发给目的节点，完成数据请求。CRC场与ACK场都是在低层次上为提高传输的可靠性而自动进行的。任何帧与帧之间是帧间空间。

5 设计实例

5.1 整体设计思路

这里用SJA1000与AT89C51芯片设计一种具有通用性的工业测试控制，系统的结构图如图3所示。

CAN总线是一种多主总线，理论上任何一个节点都可以作为主节点。在本系统中设置与上位PC机相连的节点1和节点2为上位节点，其它节点为底层节点。在任务比较简单的系统中，也可以只设置一台上位PC机，PC机通过串口与节点上的CPU通信，CPU再与CAN控制器SJA1000通信，实现信息在CAN BUS上的发送与接收。节点1与节点2的结构相同，而底层节点根据应用的不同具有不同的功能。但它们都具有与CAN BUS通信的能力，上传数据和接收数据。
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