基于CAN总线的非智能适配卡设计.docx

基于CAN总线的非智能适配卡设计ronggang导语：通过解决计算机ISA总线与CAN控制器SJA1000的逻辑配合与时序配合可完成基于CAN总线的非智能适配卡设计控制器局域网CANControllerAreaNetwork是目前被批准为国际标准的少数现场总线之一。CAN网络可采用多主方式工作。它采用非破坏性的总线仲裁技术，其信号传输和控制采用短帧构造，因此具有较强的抗干扰才能和低耦合性;CAH网络的通讯速率范围为5kbs/10kmlMbs/40m，驱动节点数可达110个。它的传输介质可以是双绞线、同轴电缆或者光纤，选择特别灵敏;每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，因此数据出错率极低，可靠性很高;当其传输的信息出错严重时，节点可自动断开与总线的联络，以使总线上其它的操纵不受影响。固然目前PCI、USB等总线技术得到了快速开展，但在大量应用的测试微机及工控机中，用的最多的还是ISAIndustryStandardArchitecture.工业标准体系构造总线。ISA总线具有16位数据宽度，最高工作频率为8MHz，数据传输速率到达16MB/s，地址总线有24条，可寻址16MB的地址单元，其总线信号分为5类，分别为地址线、数据线、控制线、时钟线和电源线。为理解决CAN控制器SJA1000与ISA总线各信号线的时序配合与逻辑配合问题，笔者设计了一种基于CAN总线的非智能适配卡。该适配卡已应用于笔者研制的"基于CAN总线的运动控制系统"中，运行情况良好。非智能型ISA总线CAN适配卡的总体构造CAN控制器SJA1000的地址数据总线是分时复用的，通过ALE信号的下降沿可锁存总线上的地址信号;ISA总线上的地址和数据总线是单独提供的，它不能直接和SJA1000的地址数据总线相连。本设计利用地址译码电路来对地址信号线进展译码，进而为CAN适配卡分配出一定的端口地址。然后再利用74HC373芯片的数据锁存功能锁存第一次I/O操纵中通过ISA数据总线传送的数据信号，以便作为访问CAN控制器SJA1000中存放器的地址信号，最后在第二次I/O操纵中完成对SJA1000中相应地址存放器的读写操纵。其适配卡的总体构造如图1所示。图1中，地址锁存器74HC373可看作SJA1000的地址端口，而SJA1000本身可看作SJA1000的数据端口，另外还有对SJA1000进展硬件复位的复位端口。图中的基地址译码电路以AEN作为使能信号，对A2A9地址信号进展译码就可得到适配卡的基地址;组合AO和A1地址信号可得到各端口的偏移地址。SJA1000与ISA的通讯采用两次I/O操纵的方法，第一次先往地址端口送地址，第二次再对数据端口进展访问。这里所讲的地址及数据端口都是对SJAl000而言的，通过ISA总线的数据线可获得被访问的SJA1000存放器的地址及所传送的数据。控制端口译码电路可将CPU送来的控制信号和地址信号按一定的逻辑关系进展组合，进而生成一组新的功能信号作为接口控制信号。通过SJA1000复位电路可对SAJ1000进展复位，详细操纵可采用上电复位、程序复位及按键复位三种硬件复位方式。适配卡硬件的设计基地址译码电路设计图2所示是一种详细的基地址译码电路。一般情况下，根据系统需要，地址译码电路可对ISA地址线的端口地址译码，并可用AOA9来表示。基地址译码电路对A9A2进展译码，那么可作为卡上端口的基地址。图2中，74HC688是一个8位量值比拟器，当时Pi=Qii=07，P=Q的反端输出低电平。当ISA总线的AEN为高电平时，总线工作在DMA方式;而当AEN为低电平时，CPU拥有对总线的控制权。非智能型适配卡的工作经过实际上就是CPU对I/O的操纵经过，期间，AEN始终为低电平，可用于控制74HC688的选通端G反。只有在I/O操纵时，才允许它选择地址。由于使用的是拨码开关，用户可预先设定适配卡的基地址。卡上各端口的偏移由A1和A0选择，并可通过软件控制，本设计中的定义地址端口偏移为00，数据端口偏移为01，复位端口偏移为11。控制信号产生电路该适配卡的控制信号产生电路如图3所示。该电路的主要作用是把CPU送来的控制线和地址线按照一定的逻辑关系进展组合，以生成一组新的功能信号输出。该信号可作为接口控制信号去控制SJA1000、74HC373、74HC245等芯片的工作状态。由于基地址译码电路的输出信号为P=Q的反低电平有效，SJA1000地址端口偏移地址为00H，数据端口偏移地址为01H，因此，根据控制逻辑，适配卡中各芯片的控制信号逻辑表达式为：适配卡在工作经过中，各芯片的逻辑时序关系是：当74HC373输出数据有效时，74HC245输出为高阻态;当74HC373输出呈高阻态，且SJA1000的数据直接传回ISA总线时，74HC245输入输出工作正常。详细来讲，假设CAN的基地址为300H，且访问SJA1000是分两次I/O操纵完成的，那么，第一次往端口300H送出的数据可在写信号的后沿被锁存在74HC373中，这个操纵中，74HC245的E与74HC373的LE端有效，而74HC373的OE端为高电平，74HC373输出端为高阻态;当第二次访问数据端口301H时，SJA1000被选中，此时CPU可对SJA1000的相应单元进展读/写操纵。详细的操纵经过分为读、写两种情况。当第二次I/O操纵到来时，SJA1000会在BALE信号下降沿将第一次I/O操纵时锁存在74HC373中的数据作为地址锁存，该经过中，74HC245的E反为高电平，输出呈高阻态，74HC373的OE的反为低电平，输出端有效，可向SJA1000传送地址信号。当地址被SJA1000锁存以后，此时假如进展的是读操纵，那么，在读信号有效期间低电平，74HC373的输出允许OE反端为高电平，74HC373输出端呈高阻态，这时SJA1000可将选中单元的存放器内容输出到数据总线，并通过74HC245驱动送入CPU中。而在地址锁存后，假如进展的是写操纵，那么，74HC373的输出允许端始终有效，此时可在写信号有效期间，将数据写入SJA1000的相应单元中。计算机通过ISA总线对CAN控制器SJA1000进展读写的时序分别如图4和图5所示。SJA1000正常工作前，只有通过复位引脚对其进展可靠的硬件复位，才能对SJA1000中的存放器进展正确的读写操纵。使SJA1000可靠复位的电平持续最小时间为0.1s，PC系统复位电平持续时间可达几微秒。系统复位信号RESET在系统电源接通时为高电平，经反向器后可直接用于对SJA1000进展复位。图6所示是适配卡的复位电路，对SJA1000的复位具有开机上电复位、程序复位以及按键复位等三种方式。在图6中，A1和A0经过与非门74LSl0后，为复位电路产生的偏移地址为11，该地址信号与IOW反、P=Q反等信号经过逻辑组合，同时配合程序设计可产生对SJA1000的复位信号。程序设计时只需对复位端口写入一个数据即可实现程序复位。而按键复位那么可在系统运行出现通讯故障时，直接用于对CAN控制器SJA1000进展硬件复位。适配卡的软件设计软件设计的关键局部是CAN通讯程序的设计。通讯程序流程如图7、8、9所示可分为三局部：CAN初始化程序、接收程序、发送程序。初始化是通讯的前提，主要完成对CAN控制器的一些存放器的设置。由于SJA1000支持中断操纵，因此可以用中断效劳程序来完成数据的接收和发送，以进步系统的工作效率。实际上，只有在复位形式下才可以对SJA1000进展初始化，初始化主要包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽存放器和接收代码存放器的设置、波特率参数设置和中断允许存放器的设置等。完成初始化后，即可将SJA1000设置为工作状态，以进展正常的通讯。发送子程序负责节点报文的发送。发送时，读取状态存放器并对各位进展适当判定，并将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文，送入SJA1000发送缓存区中，然后启动SJA1000发送;接收子程序那么负责节点报文的接收以及其它情况的处理。在处理接收报文的经过中，还要对总线关闭、错误报警、接收溢出等情况进展处理。CAN适配卡与计算机可采用中断方式通讯。但在WINAPI中不能直接控制中断，只有在操纵系统底层为CAN适配卡编写虚拟设备驱动程序VxD才可以利用中断。这需要在虚拟设备驱动程序中将中断虚拟化，并在中断事件响应函数中编写所需代码，同时为应用程序提供访问接口。应当留意的是：计算机通过ISA总线对CAN适配卡上的SJA1000进展访问采用的是两次I/O操纵，第一次往地址端口送地址，第二次对数据端口进展访问。其详细的实当代码如下：/向指定的SJA1000存放器地址为addr写一个字节数据data，CAN_BASE为基地址voidCanIRQ：writeByteintCAN_BASE，unsignedcharaddr，unsignedchardata_outpCAN_BASE，addr;_outpCAN_BASE+1，data;/从指定的SJA1000存放器地址为addr读一个字节数据dataunsignedcharCanIRQ：ReadByteintCAN_BASE，unsignedcharaddrunsignedcharresult;_outpCAN_BASE，addr;result=_inpCAN_BASE+1;returnresult;在访问SJA1000的程序中，可以直接调用以上两子函数。这样，其发送程序段代码为：BoolCanIRQ：CanTransintCAN_BASE，unsignedcharpTransBufstatus=ReadByteCAN_BASE，SR;/SR为状态存放器地址fori=0;iWriteByteCAN_BASE,pTFansBuf，ptbuf;/pTransBuf为发送缓冲区地址ptbuf+;pTransBuf+;通过解决计算机ISA总线与CAN控制器SJA1000的逻辑配合与时序配合可完成基于CAN总线的非智能适配卡设计。该适配卡现已成功地应用于笔者所研制的基于CAN总线的测控系统中。实际上，假设在适配卡上增加CAN通讯控制器，也可使一卡带多条CAN总线，以增加网络节点，扩大网络规模。另外，还可以在适配卡的应用程序中，根据应用系统需要编写各种监控程序来扩展系统功能。