基于CAN总线PC适配卡设计.docx
基于CAN总线PC适配卡设计zhaohy导语：本文首先介绍PCI总线控制器PCI9052与CAN总线通讯控制器SJA1000的工作原理，并且介绍了PCI总线和CAN总线通讯控制器接口的硬件和软件实现方法摘要：本文首先介绍PCI总线控制器PCI9052与CAN总线通讯控制器SJA1000的工作原理，并且介绍了PCI总线和CAN总线通讯控制器接口的硬件和软件实现方法。关键词：PCI总线；CAN总线；通讯控制器分布式工业测控系统需要有现场总线来连接各现场设备及处理控制单元。CAN总线就是一种具有较高性能价格比、能知足分布式控制要求的现场总线，具有广泛的应用前景。它实际上是一种简化型网络构造，在构造单片处理器网络中极为有用。为了使上位机也能和CAN总线相连，使微机成为系统的上位机，增强控制系统的功能，进而进一步延伸CAN总线连通范围，就需要提供一个微机和CAN总线的接口。本文介绍作者设计制作的一种CAN总线PCI适配器。接口的硬件设计PCI接口的实现目前市面上有些CAN总线的适配器，但大多都是基于PC/104或ISA总线，传输速度较慢，效率低下。作者在设计中使用高效的PCI总线，实现了数据的高速传输。与ISA总线相比拟，PCI总线具有如下特点：传输速度高。PCI总线宽度为32位可扩展为64位。时钟频率为033MHz。并且支持突发传送，传输速度可以到达132Mb/s。相比拟，ISA总线宽度为8/16位，时钟频率为132Mb/s相比拟，ISA总线为8位/16位，时钟频率为8MHz，不支持突发传送，传输速率仅为8Mb/s；即插即用。PCI实现了真正的即插即用。系统可以实现对PCI设备的自动配置；生命周期长。PCI总线与处理器无关通过桥或者直接集成，可支持多种系列处理器，包括将来会出现的新一代处理器。由于PCI总线标准特别复杂，其接口设计难度较大，但目前有很多厂商提供了专用的PCI接口芯片。这些接口芯片大多对PCI总线标准2.1、2.2版完全兼容，进而大大减轻了PCI板卡设计的工作量。PCI设备可以分为主形式和从形式。主形式可以执行DMA操纵，而从形式只可以执行读写操纵。根据PCI提供的传输数据带宽最大132Mb/s和CAN总线最大1Mbps的要求，加上经济和开发难度与周期上的考虑主形式桥芯片较昂贵，开发难度较大，又因不需要DMA功能，采用从形式桥芯片足以知足传输数据的需要。此外，选择芯片不仅考虑性能和经济上的要求，而且还需要考虑硬件开发和驱动程序开发的难易。如不提供足够的芯片讲明和应用样例及开发工具，将大大增加开发难度和延长开发周期。这里我们采用PLX公司的PCI总线目的接口芯片PCI9052作为CAN总线适配器的PCI总线接口芯片，负责与计算机之间的数据通讯。9052是PLX公司开发的低价格PCI总线从形式接口芯片，低功耗，符合PCI2.1标准，提供的部分总线可通过编程设置为8/16/32位的非复用总线。CAN总线接口的实现CAN总线之所以在国内乃至全球范围内一直保持高速开展，完全取决于其卓越的性能。CAN总线主要应用在汽车领域，随着集成工艺的开展和本钱的降低，被越来越多的控制领域内的软硬件工程师所承受，广泛的应用于各行各业的控制领域网中。其主要性能指标如下：多站仲裁构造分地址优先级，非破坏方式仲裁；支持主从播送方式；不加任何扩展最多110个节点；最高通讯速率1Mbps，最远通讯间隔5km；通常CAN控制器内部设有接收和发送缓冲；通讯以帧为单位，最多8个字节的数据；硬件自动进展16位CRC校验；具有极强的总线和通讯错误的治理才能。由于PCI9052可以启动部分总线的读写，CAN卡不再需要微控制器，采用CAN通讯控制器即可，本卡采用SJA1000。SJA1000支持根本ANBisicCAN和增强CANPeliCAN两种工作形式，支持具有新功能的CAN2.0B协议标准。具有FIFO、支持热插拔等功能，不但可以实现CAN总线接口功能，而且芯片可以根据晶振的频率，输出可编程的信号CLKOUT，该信号正好可作为PCI9052部分总线的总线频率，节省了器件，方便了设计。CAN总线的总线频率可为12MHz、6MHz或者24MHz，PCI9052自动实现部分总线与PCI总线的访问同步。CAN总线收发器采用82C250。该芯片是CAN总线控制器和物理总线的接口，可以提供对CAN总线的差动发送和接收才能，具有抗瞬间干扰、保护总线的才能，可以通过调整CAN总线上通讯脉冲的边沿斜率来降低射频干扰。其速度可以到达1Mbps，最多节点数可以到达110个。地址译码和逻辑控制是由EPM7064S完成的。EPM7064S是ALTERA出品的MAX7000系列的一种。它主要实现两路独立的CAN总线通道的地址译码、实现控制信号的驱动和电平转换。通过EPM7064S可以进步系统的可靠性，缩小板卡的尺寸，方便以后板卡功能的扩展。为了在每个CAN总线通道出现故障时可以重新初始化，在接口卡中使用了两片复位芯片MAX811。由EPM7064S产生控制信号，当CAN总线通道出现异常时，控制MAX811复位SJA1000控制器。其总线接口原理图1。PCI为每一个PCI设备提供了一个配置空间来实现设备的即插即用PnP。在PC机上电自检时，配置软件扫描PCI总线，检测所有的PCI设备，读取配置信息，并为每一个PCI设备分配系统资源，实现PCI设备的即插即用。每一个PCI功能设备都有一个64个双字的配置空间，以特定的格式存储设备支持的功能。PCI协议定义了开始的16个双字的格式和用处，称为设备的配置头区域。其它48个双字是设备特定的。CAN卡的硬件资源为映射SJA1000内部存放器的内存映射空间和一个中断源。PCI9052提供了5个部分地址空间，可以选用其中的一个作为SJA1000的地址空间，分配32个8位地址空间。同时设置相应的初始化，PCI配置存放器中的存放器PCIBAR2设置为0XFFFFFFE0，向系统恳求分配内存的数目为32，类型为不可预读，其它存放器的值可设置为0。设置部分地址空间的范围为0X000000000X00000020。对中断的配置是把PCI中断恳求线分配到系统的某一ISA中断恳求IRQ线上。在本控制卡中利用一块串行EEPROM93C46B存放控制卡的PCI配置信息。上电后访问93C46B，实现本控制卡的自动配置。IMG=总线接口原理图/uploadpic/THESIS/2007/12/20071224152214259669.jpg/IMG图1总线接口原理图接口的软件设计软件的设计包括PCI驱动程序的设计和COM组件的设计。由于PCI设备的中断、I/O端口、映射内存等资源都是动态分配的，必须编写驱动程序治理硬件，才能供用户编程使用。CAN卡驱动程序的开发工具采用WINDRIVER。由于CAN卡上没有微控制器，因此对总线端口的所有操纵都是由驱动程序来完成的。这不仅可以由计算机来实现复杂的功能，例如，错误检测、断点续传等，同时节省了硬件，而且有利于卡的晋级只要更换驱动程序即可。驱动程序的功能主要是配置SJA1000的接口、收发CAN总线上的数据、对总线进展实时监测、接收用户程序的收发命令。收发数据和CAN总线错误均采用中断处理，驱动程序可以快速响应，通过事件Event内核对象直接通知给用户程序。CAN总线通讯适配器的初始化是CAN总线设计的重要环节，也是设计的难点。在其初始化经过中需要设置的参数有时钟、总线配置、标志标识符屏蔽段、扩展标识符屏蔽段、信息块、定时器0、定时器1、信息块的控制段、信息块的工作方式等。CAN总线适配器简化流程图如图2所示。IMG=CAN总线适配器简化流程图/uploadpic/THESIS/2007/12/2007122415222358821H.jpg/IMG图2CAN总线适配器简化流程图本文设计的CAN总线适配器构造简单,可用于分布的现场总线控制系统。在WIN2000下经过长时间的运行测试,运行稳定可靠。它可以适应不同的传输速率和间隔,有效保证了工业经过监控的实时性,同时也减轻了上位机的工作负担,知足不同的用户要求。在不同栅偏压和分布参数条件下为芯片ESD保护的SNTSCR的I-V特性在CMOS工艺中已经具体讲述过。SNTSCR可以在小区域内保持高的ESD电平对于当代高集成科学很有吸引力。不采用厚栅氧化层，一般小于0.25mCMOS工艺中，SNTSCR在有效保护混合电压接口电路免于ESD破坏时充分兼容。0
