CN103416035A

CN103416035A - 具有can总线模块及自动速度检测的微控制器

Info

Publication number: CN103416035A
Application number: CN2012800120619A
Authority: CN
Inventors: 乔尔·马奇
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: EP2684323A1; US20120233341A1; KR101884925B1; EP2684323B1; TWI537742B; CN103416035B; JP5963783B2; JP2014511068A; US9338035B2; TW201241637A; WO2012121881A1; KR20140014202A

Abstract

本发明涉及一种用于初始化微控制器中的控制器区域网络CAN模块的方法，在所述方法中可提供以下步骤：测量CAN信号的多个下降沿或上升沿之间的周期时间；对所述周期时间进行排序；确定所述经排序周期时间的相邻周期时间之间的差值；对所述差值进行排序；从所述经排序差值选择第一差值并从所述第一差值确定第一频率；使用所述选定频率初始化所述CAN模块；接收CAN信号帧；确定是否发生错误；如果发生错误，则选择下一频率并重复初始化所述CAN模块直到已发现有效的CAN频率为止。

Description

具有CAN总线模块及自动速度检测的微控制器

技术领域

本发明涉及具有控制器区域网络(CAN)模块的微控制器。

背景技术

控制器区域网络(CAN)是在高安全性等级情况下有效支持分布式实时控制的串行通信协议。CAN的应用的范围是从高速数字通信网络到低成本多任务布线。CAN是用于实时应用的高完整性串行数据通信总线。CAN以最多每秒1兆位的数据速率进行操作、具有极佳错误检测及限制能力，且最初经开发而在汽车中使用。推动CAN发展的动机是通过改进汽车电子器件、引擎控制单元、传感器、防滑制动系统等的互操作性而使汽车更可靠、安全及省油，同时降低布线线束重量及复杂度。因为CAN的开始，CAN协议在工业自动化及汽车/卡车应用中已得到广泛普及。CAN总线在噪声环境中的稳健性及检测故障条件并从故障条件恢复的能力使CAN适合与工业控制设备、医疗设备、测试设备、移动及便携式机器、器具等一起使用。

CAN是具包括(例如)两条线的一条逻辑总线的异步串行总线系统。CAN具有具备同等总线节点的开放式、线性总线结构。CAN总线是由两个或两个以上节点组成。可在不干扰其它节点的通信的情况下动态地改变总线上的节点数目。

CAN逻辑总线对应于“有线或”(wired-OR)机构，“隐性”位(通常但并非必须等效于逻辑电平“1”)被“显性”位(通常为逻辑电平“0”)覆写。只要无总线节点发送显性位，总线线便处于隐性状态中，但是来自任何总线节点的显性位产生显性总线状态。因此，对于CAN总线线来说，选择能够传输两种可能的位状态(显性及隐性)的媒体。所使用的共同物理媒体是绞线对。接着，总线线被称为“CANH”及“CANL”且可直接连接到CAN控制器节点或经由连接器连接到所述CAN控制器节点。

在CAN总线协议中，并非所寻址的总线节点而是地址信息包含在所传输的消息中。此可经由识别消息内容(例如，引擎速度、油温等)的识别符(每一消息的部分)来完成。识别符额外指示消息的优先权。识别符的二进制值越低，所述消息的优先权越高(更多显性位)。

在CAN控制器中，除发送完整帧来代替字符之外，架构类似于简单UART：存在(通常存在)单一传输缓冲器及双缓冲接收缓冲器。CPU将帧放置在传输缓冲器中，且在发送所述帧时采取中断；CPU在接收缓冲器中接收帧、采取中断并清空缓冲器(在接收到后续帧之前)。CPU必须管理传输及接收并处置帧的存储。

在初始化期间，传输装置及接收装置通常编程其相应的CAN模块以使用预定的CAN频率。然而，在许多应用中，此频率可能是未知的。而且，每一CAN位的长度可改变约某一标称长度的大约20％。此外，在运行系统中，不存在系统可同步的“已知初始化传输”。换句话说，如果装置耦合到已建立的CAN总线系统，则所传送的消息的内容是未知的。因此，在常规的系统中，可使用试错方法来确定CAN总线的正确操作频率，其可导致极长设定时间或甚至可完全失效。在其它串行总线系统中，可使用例如“5555”或“AAAA”的同步字符序列执行初始化阶段。然而，尤其在CAN总线已在操作中的情况下，此类初始化例程可能无法使用。

因此，需要一种用于具有容许对CAN系统中使用的操作频率作出快速确定的CAN模块的微控制器的改进的自动速度检测系统及方法。

发明内容

根据实施例，一种用于初始化微控制器中的控制器区域网络(CAN)模块的方法可包括：测量CAN信号的多个下降沿或上升沿之间的周期时间；对所述周期时间进行排序；确定所述经排序周期时间的相邻周期时间之间的差值；对所述差值进行排序；从所述经排序差值选择第一差值并从所述第一差值确定第一频率；使用选定频率初始化CAN模块；接收CAN信号帧；确定是否发生错误；如果发生错误，则选择下一频率并重复初始化CAN模块直到已发现有效的CAN频率为止。

根据进一步的实施例，所述方法还可包括：使外部CAN线与微控制器的捕获模块的输入耦合以测量周期时间。根据进一步的实施例，所述方法可进一步包括：在内部将CAN信号馈送到微控制器的捕获模块的输入以测量周期时间。根据进一步的实施例，所述方法可进一步包括：在对差值进行排序的步骤之后，舍弃导致无效频率的差值的步骤。根据进一步的实施例，可使用定时器及捕获单元来测量周期时间。根据进一步的实施例，可测量CAN信号的下降沿之间的10个周期时间。根据进一步的实施例，如果未发现有效频率，则可重复所述方法。根据进一步的实施例，可使用查找表执行从差值确定频率的步骤。根据进一步的实施例，从差值确定频率的步骤可使用四舍五入或舍位来计算频率。根据进一步的实施例，可编程微控制器以执行所述方法。根据进一步的实施例，微控制器可包括执行所述方法的状态机。

根据另一实施例，微控制器可包括：中央处理单元(CPU)、控制器区域网络(CAN)模块、定时器、与所述定时器耦合的捕获模块，其中微控制器经配置以通过以下步骤自动地检测CAN频率：测量CAN信号的多个下降沿或上升沿之间的周期时间；对所述周期时间进行排序；确定所述经排序周期时间的相邻周期时间之间的差；选择第一差并从所述第一差确定第一频率；使用选定频率初始化CAN模块；接收CAN信号帧；确定是否发生错误；如果发生错误，则选择下一频率并重复初始化CAN模块直到已发现有效的CAN频率为止。

根据微控制器的进一步的实施例，微控制器可进一步经配置以舍弃导致无效频率的差值。根据微控制器的进一步的实施例，捕获模块可包括沿检测器，所述沿检测器控制使定时器与捕获寄存器耦合的驱动器。根据微控制器的进一步的实施例，微控制器可包括耦合于CAN总线模块的输入与捕获模块的输入之间的可控制驱动器。根据微控制器的进一步的实施例，微控制器可经配置以通过使用查找表而从差值确定频率。根据微控制器的进一步的实施例，微控制器可经配置以使用四舍五入或舍位而从差值确定频率。根据微控制器的进一步的实施例，可通过软件编程微控制器以确定CAN频率。根据微控制器的进一步的实施例，微控制器可包括用以确定CAN频率的状态机。根据微控制器的进一步的实施例，微控制器可包括用以控制状态机的特殊功能寄存器。

附图说明

图1是具有集成式CAN模块的微控制器的实施例的框图。

图2展示示范性CAN信号的时序图。

图3展示根据实施例的确定CAN操作频率的原理。

图4展示根据实施例的流程图。

具体实施方式

参考图1，通过虚线指示微控制器100。微控制器100包括中央处理单元(CPU)110及与CPU110耦合的CAN总线模块或外围装置。提供外部引脚130及135，CAN总线模块120可通过外部引脚130及135而使CAN总线模块120的单独传输线CANTX及接收线CANRX连接到外部CAN总线180的双绞线CANH及CANL线。此通常经由将单独内部信号CANRX及CANTX转换为相应CAN总线信号CANH及CANL的外部接口驱动器105而完成。然而，其它实施例可在内部提供容许直接连接到CAN总线的此接口装置。

此外，微控制器包括捕获/比较/脉冲宽度调制(CCP)模块140、定时器模块170及时钟系统160(其都与CPU110耦合)。CCP单元140与另一外部引脚150耦合以评估外部信号。为此，根据实施例，CCP模块140内部的可控制驱动器146可连接到外部引脚150。然而，图1中展示的示范性装置也可能够评估/处理由虚线展示的内部信号。举例来说，在一个实施例中，可通过可控制驱动器185将内部CAN信号CANRX馈送到CCP模块140。尤其当存在内部CAN总线接口105以容许评估内部CANRX信号时可考虑此实施例。然而，如所属领域的技术人员将了解，其它实施例可容许直接评估CAN总线线。在此情况中，可使用在内部或外部布置的差分驱动器/转换器单元以将CAN总线上的信号转换为单一数字信号并将所述信号馈送到CCP模块140。

CCP模块140可包括预定标器142，预定标器142接收驱动器146及185以及可经实施以选择内部或外部输入信号的任何其它可控制驱动器的输出。预定标器142的输出与可编程地检测传入信号的上升沿或下降沿的沿检测器148耦合。此沿检测器的输出信号控制进一步的驱动器145，进一步的驱动器145使定时器模块170的定时器寄存器175与CCP模块140的捕获寄存器144耦合。沿检测器160可从时钟系统160接收时钟信号。

为提供自动速度检测功能，将CCP模块的输入或其输入中的一者(如果CCP模块包括多个输入)与引脚130上可用的CANRX线耦合。如图1中所展示，此可通过使外部引脚150与CANRX引脚130连接或经由可控制驱动器185选择内部耦合件来完成。此设置仅在自动速度检测阶段期间是必需的。一旦已确定速度，便可将CCP输入用于处理其它信号。

图2展示外部CAN总线180上的示范性信号。CCP模块140经编程以分析CAN信号200的下降沿。然而，在其它实施例中，可分析不同的信号特性以确定周期。根据图2，每当出现下降沿时，CCP模块140便从定时器模块捕获定时器值。展示已捕获的示范性定时器值。仅将值四舍五入到最近的100以促进对所述方法的原理的理解。在图2中展示的实例中，调查10个下降沿。然而，可处理更多或更少的沿。捕获的沿越多，自动速度检测将变得越精确。可用100ns的分辨率初始化定时器。为此，定时器可以10MHz或任何其它合适的时钟频率进行计时。如图1中所展示，定时器值可为(例如)16位值。因此，取决于时钟源，可获得不同分辨率。定时器分辨率越佳，测量越准确。使用可能最快的定时器来源是优选的方法，此是因为这增加定时器的分辨率。举例来说，可使用40MHz时钟以使定时器分辨率改进到25ns。接着可将这些定时器值存储于数组中。

图3展示如何进一步处理所捕获的定时器值。在第一步骤中，如最左列中所展示，从最小值到最高值对具有10个所捕获定时器值的数组进行排序。接着，如第二列中所展示，计算每两个相邻定时器值之间的差。接着，如第三列中所展示，再次对不同差值进行排序。在另一步骤中，可舍弃无效差。例如，如图3中的第三列中所展示，可舍弃明显低于1μs或任何预定最大周期或高于预定最大频率的值。对于如图3中的第四列中所展示的剩余值，确定剩余周期值的所得频率。接着，使用第一值以设定CAN模块的频率。为此，根据实施例，可使用窗以使频率四舍五入到CAN系统中有意义的最近数字。举例来说，250kbps或275kbps但非263kbps。一旦已确定此频率(例如，如图3中所展示的500kbps)，便可使用此频率初始化CAN模块120且将CAN模块120设定为“仅收听”模式，使得不干扰正常总线业务。接着，系统等待并确定所接收的消息是否有效或CAN模块是否产生错误消息。在错误消息的情况中，自动速度检测方法选择如图3中所展示的下一可用频率(例如，450kbps)。重复这些步骤直到设定正确频率为止。因此，所述方法使用如图3中展示的最后一列中所确定的不同频率重复初始化CAN模块120。如果这些经确定值均未产生正确设定，则所述方法再次开始并评估CAN信号的另外10个沿。

可直接使用如图3中第四列中所展示的定时器差值来存取含有实际频率值的表。此方法将容许容易地执行舍位或四舍五入以获得有用的频率值。

图4展示上文描述的方法的示范性流程图。在步骤400中，使用CCP模块通过检测下降沿或上升沿及存储相关联的定时器值t(1)到t(n)而评估CAN信号。接着，在步骤410中将这些值排序成值ts(1)到ts(n)。在步骤420中，通过计算d(x)＝ts(x+1)-ts(x)而确定Δ值d(1)到d(n-1)，其中x＝1..n-1。在步骤430中，再次将Δ值排序成ds(1)..ds(n-1)。接着，在步骤440中，任选地舍弃未形成有效频率的值ds()。在步骤450中，使用剩余值确定频率值f(x)＝1/ds(x)。在步骤460中，使用第一值f(1)初始化CAN模块120。接着，在步骤470中接收帧。在步骤480中，通过检查CAN模块是否产生任何错误消息而确定正确时序。如果未产生任何错误消息，则结束例程。如果产生错误，则在步骤490中凭借(例如)通过使用查找表获得下一个值f(i)而继续所述例程。在步骤500中，确定是否不再存在可用值。如果不存在，则例程跳到步骤500，否则，所述例程跳到步骤460。

根据实施例，可通过软件执行上文描述的序列。然而，根据另一实施例，可使用状态机190以控制如上所述的特定序列。图1展示状态机190。在能够(例如)通过如图1中所展示的可控制驱动器185而在内部选择到CAN总线模块120的输入信号的微控制器100中，此状态机将尤其有利。可通过在特殊功能寄存器195中设定位来启动状态机。一旦经启动，状态机190经由驱动器185使内部CAN总线信号耦合到CCP模块140、执行如上所述的CAN模块120的初始化并使CAN信号与CCP模块140断开连接。接着，用户可使用此模块来评估其它信号。

因此，本发明经良好调适以实行目的并达到所提及的目标及优点以及本发明中所固有的其它目的及优点。虽然已描绘、描述本发明且通过参考本发明的特定优选实施例界定本发明，但此类参考并非暗示对本发明的限制，且未推断此限制。如所属领域的技术人员将想起，可在形式及功能上对本发明进行大幅修改、变更及等效物。本发明的所描绘及所描述的优选实施例仅是示范性且非本发明的详尽范围。因此，本发明既定仅受限于所附权利要求书的精神及范围，在所有方面对于等效物给予完整认知。

Claims

1.一种用于初始化微控制器中的控制器区域网络CAN模块的方法，

所述方法包括：

测量CAN信号的多个下降沿或上升沿之间的周期时间；

对所述周期时间进行排序；

确定所述经排序周期时间的相邻周期时间之间的差值；

对所述差值进行排序；

从所述经排序差值选择第一差值并从所述第一差值确定第一频率；

使用所述选定频率初始化所述CAN模块；

接收CAN信号帧；

确定是否发生错误；

如果发生错误，则选择下一频率并重复初始化所述CAN模块直到已发现有效的CAN频率为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使外部CAN线与所述微控制器的捕获模块的输入耦合以测量所述周期时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在内部将CAN信号馈送到所述微控制器的捕获模块的输入以测量所述周期时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其在对所述差值进行排序的所述步骤之后进一步包括以下步骤：

舍弃导致无效频率的差值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中使用定时器及捕获单元来测量所述周期时间。

6.根据权利要求3所述的方法，其中测量CAN信号的下降沿之间的10个周期时间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中如果未发现有效频率，则重复所述方法。

8.根据权利要求1所述的方法，其中使用查找表执行从所述差值确定频率的所述步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其中从所述差值确定频率的所述步骤使用四舍五入或舍位来计算频率。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述微控制器经编程以执行所述方法。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述微控制器包括执行所述方法的状态机。

12.一种微控制器，其包括：

中央处理单元CPU；

控制器区域网络CAN模块；

定时器；

捕获模块，其与所述定时器耦合；

其中所述微控制器经配置以通过以下步骤自动地检测CAN频率：

测量CAN信号的多个下降沿或上升沿之间的所述周期时间；

对所述周期时间进行排序；

确定所述经排序周期时间的相邻周期时间之间的差；

选择第一差并从所述第一差确定第一频率；

使用所述选定频率初始化所述CAN模块；

接收CAN信号帧；

确定是否发生错误；

13.根据权利要求12所述的微控制器，其中所述微控制器进一步经配置以舍弃导致无效频率的差值。

14.根据权利要求12所述的微控制器，其中所述捕获模块包括沿检测器，所述沿检测器控制使所述定时器与捕获寄存器耦合的驱动器。

15.根据权利要求12所述的微控制器，其包括耦合于所述CAN总线模块的输入与所述捕获模块的所述输入之间的可控制驱动器。

16.根据权利要求12所述的微控制器，其中所述微控制器经配置以通过使用查找表而从所述差值确定频率。

17.根据权利要求12所述的微控制器，其中所述微控制器经配置以使用四舍五入或舍位而从所述差值确定频率。

18.根据权利要求12所述的微控制器，其中所述微控制器被软件编程以确定所述CAN频率。

19.根据权利要求12所述的微控制器，其包括用以确定所述CAN频率的状态机。

20.根据权利要求19所述的微控制器，其包括用以控制所述状态机的特殊功能寄存器。