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CAN总线PC适配卡设计

作者:时间:2009-09-17来源:网络收藏

引 言

分布式工业测控系统需要有现场来连接各现场设备及处理控制单元。就是一种具有较高性能价格比、能满足分布式控制要求的现场,具有广泛的应用前景。它实际上是一种简化型网络结构,在构造单片处理器网络中极为有用。为了使上位机也能和总线相连,使微机成为系统的上位机,增强控制系统的功能,从而进一步延伸总线连通范围,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PC I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或者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总线相比较,PCI总线具有如下特点: ①传输速度高。PCI总线宽度为32位(可扩展为64 位)。时钟频率为0~33MHz。并且支持突发传送,传输速度可以达到132Mb/s。相比较, ISA总线宽度为8/16位,时钟频率为132Mb/s。相比较, 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;②即插即用。PC I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;③生命周期长。PCI总线与处理器无关(通过桥或直接集成) ,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总线规范十分复杂,其接口设计难度较大,但目前有许多厂商提供了专用的PCI接口芯片。这些接口芯片大多对PCI总线规范2.1、2.2版完全兼容,从而大大减轻了PC I板卡设计的工作量。PCI设备可以分为主模式和从模式。主模式可以执行DMA操作,而从模式只可以执行读写操作。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(主模式桥芯片较昂贵,开发难度较大) ,又因不需要DMA功能,采用从模式桥芯片足以满足传输数据的需要。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说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总线目标接口芯片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信。9052是PLX公司开发的低价格PC I总线从模式接口芯片,低功耗,符合PCI2.1规范,提供的局部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发展,完全取决于其卓越的性能。CAN总线主要应用在汽车领域,随着集成工艺的发展和成本的降低,被越来越多的控制领域内的软硬件工程师所接受,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: ①多站仲裁结构(分地址优先级,非破坏方式仲裁) ;②支持主从广播方式;③不加任何扩展最多110个节点;④最高通信速率1Mbps,最远通信距离5km;⑤通常CAN控制器内部设有接收和发送缓冲;⑥通信以帧为单位,最多8个字节的数据;⑦硬件自动进行16 位CRC校验;⑧具有极强的总线和通信错误的管理能力。

由于PCI9052可以启动局部总线的读写, CAN卡不再需要微控制器,采用CAN通信控制器即可,本卡采用SJA1000。SJA1000支持基本AN(BisicCAN)和增强CAN(PeliCAN)两种工作模式,支持具有新功能的CAN2.0B协议规范。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局部总线的总线频率,节省了器件,方便了设计。CAN总线的总线频率可为12MHz、6MHz或24MHz, PCI9052自动实现局部总线与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能力,具有抗瞬间干扰、保护总线的能力,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。其速度可以达到1Mbps,最多节点数可以达到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可以提高系统的可靠性,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能够重新初始化,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。其总线接口原理图如图1所示。

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PC I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协议定义了开头的16个双字的格式和用途,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内部寄存器的内存映射空间和一个中断源。


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关键词: CAN 总线 适配卡

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