隨著網絡技術的不斷進步及工業控制器局域網技術的不斷完善，工業上遠程控制技術的應用也日趨廣泛。本地機通過局域網控制現場機器進行各種操作是目前工業技術的應用熱點[1]。鑒于電子化計算機聯鎖系統運行狀況必須滿足安全、可靠以及具有較強的實時性能和糾錯能力的要求，所以，在本設計中，我們采用CAN總線代替RS-485總線，從而使車站信號系統能滿足國家鐵路技術各項指標。

1、CAN總線的技術規范 　　

CAN總線技術規范的目的是使任意兩個CAN總線的執行過程達到兼容，CAN技術規范版本2.0包括兩部分內容： 　　

1) CAN技術規范版本2.0A 　　

CAN技術規范版本2.0A描述的是在CAN技術規范1.2中定義的CAN報文格式，其范圍是定義傳輸層和與CAN有關的外層。在CAN技術規范版本2.0A中，CAN節點的分層結構如圖1（a）所示。

由于串行通信進入了更多應用領域，因此要求各種應用領域通信功能報文標識符標注實現標準化。如果把原有的11個標識符定義的地址范圍加以擴展，CAN總線的功能將更加完 　　2) CAN技術規范版本2.0B 　　善。因而，在引入了第二種報文格式（擴展格式）后，它可以提供由29位定義的更大地址范圍，這就很好的解決了系統設計者在定義結構名稱方面存在的問題，從而CAN技術規范版本2.0B也就相應的出現了。

CAN技術規范版本2.0B描述標準和擴展兩種報文格式。在CAN技術規范版本2.0B中，CAN遵從OSI模型，按照OSI基準模型，CAN節點結構可以分為兩層：數據鏈路層和物理層，具體如圖1（b）所示。

2、CAN總線通信控制器SJA1000的簡介 　　

CAN總線通信控制器主要由實現CAN總線協議的電路和實現與微處理器接口的電路兩部分組成，它是完成通信協議的主體。對于不同型號的CAN總線通信控制器，實現CAN總線協議部分電路的結構和功能大多相同，而與微處理器接口部分的電路結構和連接方式存在一些差異。這里主要以SJAl000為代表對CAN總線通信控制器的功能作一簡單介紹。

SJAl000是一種獨立CAN控制器。它是PHILIPS公司的PCA82C200CAN控制器的替代產品，SJAl000的內部邏輯結構和外部接口如圖2所示。

在性能方面，除了SJAl000在軟件和引腳上與它的前—款PCA82C200獨立CAN控制器兼容之外，其還增加了很多新的功能。在具體應用中，SJAl000采用了兩種工作方式：Basic CAN方式(PCA82C200兼容方式)和PeliCAN方式(擴展特性方式)，這是SJAl000實現其兼容性的基礎。SJAl000的兩種工作方式是通過時鐘分頻寄存器中的CAN方式位來選擇的，其中上電復位的默認工作方式是Basic CAN方式。在PeliCAN方式下，SJAl000有一個重新設計的含很多新功能的寄存器組。SJAl000包含PCA82C200中的所有位，同時增加了一些新的功能位。PeliCAN方式支持CAN2.0B協議規定的所有功能(29位的標識符)[2]。

3、SAJ1000與Atmega128單片機接口技術的實現 　　

在SJA1000的主要特性介紹中，提到其支持多種微處理器接口，在具體設計中，我們主要研究了其與Atmega 128單片機的接口，設計了用于CAN通信的最小單片機系統（以下簡稱CAN通信系統）接口方式如圖3所示。系統的通信部分主要有Atmega 128單片機、SJA1000CAN控制器、光電隔離部分和收發芯片組成。

TJA1050是PHILIPS公司生產的、用以替代82C250的高速CAN總線驅動器，是CAN控制器和物理總線之間的接口，可以提供向總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力，其與ISO/DIS 11898標準完全兼容[3]。

光電隔離部分是為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，不過，應該特別說明的一點是，光電耦合部分電路所采用的兩個電源必須完全隔離，否則采用光電耦合也就失去了意義。電源的完全隔離采用小功率電源隔離模塊實現。這部分雖然增加了接口電路的復雜性，但是卻提高了節點的穩定性和安全性。

4、CAN結點通信軟件的設計 　　

SJA1000是I/O設備基于內存編址的微控制器，雙設備獨立操作通過像RAM一樣的片內寄存器修正來實現。因此CAN總線通信部分編程主要就是對SJAl000的片內寄存器的讀寫操作。通信部分軟件設計總體上可以劃分為3大模塊：總線初始化、數據幀的接收和發送、總線出錯和異常處理。

4.1 CAN通信初始化 　　

其主要是設置CAN的通信參數。需要初始化的寄存器有：總線定時寄存器0、總線定時寄存器1、輸出控制寄存器、接收代碼寄存器、接收屏蔽寄存器等等。需要注意的是，只有當控制寄存器中的復位要求位置為高時，這些寄存器才可被訪問。因此，在對這些寄存器初始化前，必須確保系統進入了復位狀態。在訪問總線定時寄存器時，由于其內容決定波特率的數值，總線定時寄存器的初始化字必須依據系統中各CAN控制器的晶振頻率而設定。初始化程序的流程圖如圖4所示[4]。

4.2 數據發送和接收程序 　　

信息從CAN控制器發送到CAN總線是由CAN控制器自動完成的。發送程序只需把發送的信息幀送到CAN的發送緩沖區，啟動發送命令即可。需要注意的是，發送中斷不是由于發送完成而產生，而是由于發送緩沖區再次可用而產生的。

信息從CAN總線到CAN接收緩沖區是由CAN控制器自動完成的。接收程序只需從接收緩沖區讀取要接收的信息即可。需要注意的是，讀取接收緩存器(RBF0或 RBF1)的內容后，CPU必須通過置位釋放接收緩存位來釋放緩存器，使得另一個報文立即變得有效。數據發送和接收中斷流程圖如圖5所示。

4.3 總線出錯和異常處理 　　

CAN總線作為一種優良的串行通信局域網絡，它自身的查錯和排錯能力相當強大，因此在設計時必須充分利用這一點，提高通信系統的可靠性。CAN協議規定網絡上的任何一個節點，根據其錯誤計數器中的數值，可能處于下列3種狀態之一：“錯誤—激活”狀態、“錯誤—認可”狀態、“總線脫離”狀態。處于前兩種狀態時節點都可以參與總線通信，而當處于“總線脫離”狀態時節點既不發送，也不接收任何數據幀。同時CAN協議還對脫離總線節點重新參與總線通信有嚴格規定。

由于節點自身的原因或是其它原因，節點脫離總線，不參與通信，出現這種情況程序要做到及時發現，并且迅速做出有效處理，使之恢復參與總線通信。判斷節點是否脫離總線同樣既可通過查詢方式，又可通過中斷方式。而處于“總線脫離”狀態的節點通信功能的恢復，必須嚴格依照CAN協議規定的流程做，否則節點將一直處于“總線脫離”狀態。

5、總結 　　

在車站信號系統中，用CAN總線代替RS-485總線，其數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，而且通信距離也有了很大的提高，這些都在現場運行中得到了證實，具有較強的實用價值。

本文作者創新點：用CAN總線代替車站信號系統所使用的RS-485總線，在軟/硬件設計中均采用了模塊化的方案，具有更高的靈活性和廣泛的適用性；同時，用Atmega128單片機代替車站信號系統中所使用的Atmel8535單片機，使運行的速度也得到了提高。