PCI总线的CAN卡的设计与实现

1、基于PCI总线的CAN卡的设计与实现现场总线CAN（Controller Area Network控制器局域网络）以其高性能、高可靠性及独特的设计，越来越受到人们的重视和青睐，不但在汽车行业中应用广泛，而且在工业控制、机器人、医疗器械、传感器等领域发展迅速。为了扩展CAN总线的功能，与计算机相连，可设计具有CAN接口和PC接口的CAN适配卡，用来收集CAN总线上各个节点的信息，转发给PC机，并可将PC机的命令和数据转发给各个节点以及完成对CAN总线上的用户系统的部分监控和管理工作。PCI总线是Intel公司推出的一种先进的高性能32/64位局部总线，可同时支持多组外围设备，不受制于处理器，数据

2、吞吐量大（33MHz总线频率、32位传输时峰值可高达132MB/s）。目前PCI是处于主流的计算机总线。以往的CAN卡一般都是基于ISA总线的，由于ISA部传输速率低，CAN卡必须增加中继控制功能，才能够适应CAN的高速传输，导致造价高、体积大、传输速率低，不利于CAN总线的推广应用。由于PCI总线传输速度快，而且支持热插拔、电源管理等功能，不但能满足CAN总线的高速数据传输，性能高、功能强，而且体积小、价格低、使用方便、应用范围广。CAN卡卡的设计计包括硬硬件设计计和软件件设计。1 硬件件设计PCI总总线是一一种独立立于CPPU的局局部总线线，不同同于传统统的ISSA总线线。由于于PCII总

3、线规规范定义义了严格格的电气气特性和和时序要要求，开开发难度度比ISSA总线线的开发发难度大大。实现现PCII接口的的方案一一般有两两种：采采用可编编程逻辑辑器件和和专用总总线接口口器件。采用可可编程逻逻辑器件件实现PPCI接接口的最最大好处处是比较较灵活，可把PPCI时时序模块块和功能能模块结结合在一一起，可可以利用用的器件件也比较较多（如如Altteraa公司的的CPLLD器件件、Xiilinnx公司司的FPPGA器器件等），还可可以购买买由厂家家提供的的用VHHDL、AHDDL等硬硬件描述述语言编编制的PPCI核核心设计计模块，但其设设计难度度还是很很高，因因为PCCI总线线对负载载要求

4、、传输数数据的建建立时间间的要求求都比较较苛刻，同时还还需要器器件内部部实现用用于配置置的各类类寄存器器，以及及完成逻逻辑校验验、地址址译码等等工作的的寄存器器（大致致需要1150000个门门电路）。此外外，还需需加入FFIFOO、用户户寄存器器组和后后端设备备接口等等部分。设计这这种PCCI总线线接口会会导致将将大量的的人力、物力投投入到复复杂的逻逻辑验证证和时序序分析的的工作上上，开发发周期较较长。要要用专用用接口器器件虽然然没有采采用可编编程逻辑辑器件那那么灵活活，但能能够有效效地降低低接口设设计的难难度，缩缩短开发发时间。专用接接口器件件具有较较低的成成本和很很高的通通用性，能够优优化

5、数据据传输，提供配配置空间间，具备备用于突突发传输输功能的的片内FFIFOO，提供供扩展局局部总线线等优点点，并且且许多公公司还提提供配套套的开发发工具（例如评评估板或或驱动程程序开发发软件），使用用很方便便，开发发周期短短。目前前市场上上常见的的有PLLX、AAMCCC、Cyypreess等等公司的的PCII桥芯片片，各个个型号的的PCII接口芯芯片的大大致特点点如表11所示。表1 各各公司PPCI接接口芯片片公 司司芯片型号号（模式式）芯片功能能及特点点价 格格开发技术术支持PLXPCI990522（从）PCII90554（主主）型号众多多，使用用方便，性能好好较便宜提供快速速开发板板RD

6、KK出售CYPRRESSSCY7CC094449PPV-AAC（主主）内置DPPRAMM，有效效降低系系统成本本便宜技术文档档TIPCI220311（从）PCII12551（主主）与TI的的DSPP可无缝缝连接很便宜提供评估估模块AMCCCAMCCC59220（从从）AMMCC559333(主)FIFOO接口适适合于设设计数据据采集卡卡，性能能好较昂贵提供评估估板PCI设设备可分分为主模模式和从从模式。主模式式桥芯片片可以进进行DMMA操作作，而从从模式只只能接受受读写操操作。根根据PCCI提供供的传输输数据带带宽（最最大1332MBB/s）和CAAN总线线（最大大1Mbbps）的要求求，加上

7、上经济和和开发难难度与周周期上考考虑（主主模式桥桥芯片较较昂贵，开发难难度较大大），又又因不需需要DMMA功能能，采用用从模式式桥芯片片足以满满足传输输数据的的需要。此外，选择芯芯片不仅仅考虑性性能和经经济上的的要求，而且还还需要考考虑硬件件开发和和驱动程程序开发发的难易易。如果果不提供供足够的的芯片说说明和应应用样例例及开发发工具，将大大大增加开开发难度度和延长长开周期期。因此此，采用用PLXX公司的的PCII总线目目标接口口芯片PPCI990522作为CCAN卡卡中的PPCI接接口芯片片，负责责与计算算机之间间的数据据通信。PCI990522是PLLX公司司开发的的低价格格PCII总线从从

8、模式接接口芯片片，低功功耗，符符合PCCI2.1规范范，提供供的局部部总线（Loccal Buss）可通通过编程程设置为为8/116/332位的的（非）复用总总线。其其主要特特点有：（1）直直接数据据转换模模式 PPCI990522支持PPCI到到Loccal Buss的内存存映射和和I/OO映射的的突发读读写。（2）IISA接接口逻辑辑 PCCI90052支支持通过过8/116位内内存映射射或I/O映射射从PCCI到IISA总总线的单单周期读读、写访访问。方方便从IISA向向PCII卡的转转换。（3）中中断产生生器 由由Loccal Buss的两个个中断信信号可以以产生一一个PCCI中断断信

9、号：INTTA#。（4）局局部总线线 PCCI90052提提供的局局部总线线不但可可编程，而且与与PCII总线的的时钟相相互独立立运行，可实现现异步操操作，总总线操作作自动实实现时序序同步。两部分分的异步步运行方方便了高高、低速速设备的的兼容。局部的的运行时时钟频率率范围00400MHzz、TTTL电平平，可由由PCII提供或或由用户户自行提提供；PPCI的的运行时时钟频率率范围00333MHzz。（5）串串行EEEPROOM 用用于存入入PCII BUUS和LLocaal BBus的的部分配配置信息息。（6）44个局部部设备片片选 基基址和地地址范围围可以由由串行EEEPRROM或或主控设设

10、备进行行设置。（7）55个局部部地址空空间 基基址和地地址范围围及其映映射可以以由串行行EEPPROMM或主控控设备进进行设置置。（8）BBig/Litttlee Enndiaan模式式的字节节交换 适合不不同计算算机体系系。（9）局局部总线线等待状状态 降降了等待待信号LLRDYYi#用用于握手手之外，PCII90552还有有一个内内部等待待产生器器（包括括地址到到数据周周期、数数据到数数据周期期和数据据到地址址周期的的等待）。（10）延迟读读模式 PCII90552支持持PCII2.11规范的的延迟读读模式。（11）FIFFO PPCI990522包括一一个644Bytte的写写FIFFO

11、和一一个322Bytte的读读FIFFO，从从而支持持预取模模式、即即突发操操作。（12）PCII锁定机机制 主主控设备备可以通通过锁定定信号占占有对PPCI990522的唯一一访问权权。由于CAAN总线线的迅猛猛发展，许多芯芯片厂商商开发了了很多系系列的CCAN通通信控制制器芯片片。如表表2所示示。表2 主主要CAAN总线线芯片制造商芯片型号号芯片功能能及特点点Inteel8252278XXC1996CAA/CBBCAN通通信控制制器，符符合CAAN2.0B扩扩展的88XC1196+CANN通信控控制器，符合CCAN22.0BBPhillipssSJA11000082CC2500P511XA

12、-C3CAN通通信控制制器，符符合CAAN2.0B高高性能CCAN总总线收发发器166位微控控制器+CANN通信控控制器，符合CCAN22.0BBMotoorolla68HCC05XX4系列列68HCC05微微处理器器+CAAN通信信控制器器NEC720005CAN通通信控制制器，符符合CAAN2.0A/B由于PCCI90052可可以启动动局部总总线的读读写，CCAN卡卡不再需需要微控控制器，采用CCAN通通信控制制器即可可，本CCAN卡卡采用SSJA110000.SJJA10000支支持BaasiccCANN和PeeliCCAN模模式，具具有FIIFO、支持热热插拔等等功能，不但可可以实现现

13、CANN总线接接口功能能，而且且芯片可可以根据据晶振的的频率，输出可可编程的的CLKKOUTT信号，该信号号正好可可作为PPCI990522的局部部总线的的总线频频率，节节省了器器件，方方便了设设计。CCAN总总线的总总线频率率可为112MHHz、116MHHz或224MHHz，PPCI990522自动实实现局部部总线与与PCII总线的的访问同同步。CCAN总总线收发发器采用用82CC2500.该芯芯片是CCAN总总线控制制器和物物理总线线的接口口，可以以提供对对CANN总线的的差动发发送和接接受能力力，具有有抗瞬间间干扰、保护部部的能力力，可以以通过调调整CAAN总线线通讯脉脉冲的边边沿斜率

14、率来降低低射频干干扰。由于PCCI设备备在计算算机中的的硬件资资源是系系统动态态分配的的，因此此在设计计出基本本的硬件件框架后后，要进进行PCCI配置置设计。CANN卡的硬硬件资源源为映射射SJAA10000内部部寄存器器的内存存映射间间和一个个中断源源。PCCI90052提提供5个个局部地地址空间间，可以以选用其其中的一一个作为为SJAA10000的地地址空间间，分配配32个个8位地地址。同同时设置置相应的的初始化化，PCCI配置置寄存器器中的寄寄存器PPCIBBAR22设置为为0XFFFFFFFFEE0，向向系统请请求分配配内存的的数量为为32，类型为为不可预预读，其其它寄存存器的值值可设

15、置置为0。设置局局部地址址空间的的范围为为0X0000000000000X00000000200。PCCI90052提提供2个个局部中中断源，利用LLINTTi1即即可，注注意的是是：LIINTii1信号号线没有有驱能力力，SJJA10000的的INTT引脚也也没有驱驱动能力力，因此此该信号号线必须须加上拉拉电阻，否则该该信号线线的电平平不确定定，工作作肯定不不正常。SJAA10000提供供电平触触发中断断信号，因此PPCI990522的中断断触发模模式设置置为电平平触发。利用PPCI990522的局部部设备片片CS00#作为为SJAA10000的片片选信号号。CSS0#片片选信号号的起始始地

16、址和和地址范范围为CCS0 Basse AAddrresss寄存器器设置，值为00 x00000000022。另外外，PCCI90052的的LRDDYi#信号为为局部总总线数据据准备信信号，SSJA110000的寄存存器地址址映射成成地址，数据传传输不存存在延迟迟等待，因此LLRDYYi#引引脚可接接地，表表示SJJA10000的的寄存器器总是立立即可读读写。PPCI990522寄存器器的初始始值由串串行EEEPROOM提供供，在PPCI990522加电后后读取。EEPPROMM必须采采用支持持连读功功能的芯芯片，本本用Miicroochiip的993LCC46BB。用PPCX公公司提供供的开

17、发发工具PPlxMMon可可对933LC447B进进行读写写。PCI990522的硬件件调试可可采用PPlxMMon。利用它它可以对对PCII设置的的配置资资源进行行检验。利用PPLX提提供的SSDK，可以对对PCII90552的局局部寄存存器、局局部总线线及EEEPROOM进行行读写，这样可可以调试试硬件。借助开开发工具具，不必必开发PPCI设设备的调调试软件件，可节节省很多多时间。同时，SDKK也为驱驱动程序序的开发发提供了了程序框框架，加加快了开开发进度度。CAN卡卡的电路路框图如如图1所所示。2 软件件设计软件设计计包括驱驱动程序序的设计计和COOM组件件程序设设计。由于PCCI设备备

18、的中断断、I/O端口口、映射射内存等等资源都都是动态态分配的的，必须须编写驱驱动程序序管理硬硬件，才才能供用用户编程程使用。为了通通用性和和兼容性性，CAAN卡驱驱动程序序的开发发采用支支持Wiindoows XP、Winndowws20000和和Winndowws988的WDDM驱动动程序。开发工工具采用用Vissuall C+6.0和WWin220000 DDDK。由由于CAAN卡上上没有微微控制器器，因此此对CAAN总线线端口的的所有操操作都是是由驱动动程序来来完成的的。这不不仅可以以由计算算机来实实现复杂杂的功能能，例如如，错误误检测、断点续续传等，同时节节省了硬硬件，而而且有利利于CAAN卡的的升级只要要更换驱驱动程序序即。驱驱动程序序的功能能主要是是配置SSJA110000的CAAN接口口、收发发CANN总线上上的数据据、对发发数据和和CANN总线错错误均采采用中断断处理，驱动程程序可以以快速响响应，通通过事件件（Evventt）内核核对象直直接通知知给用户户程序。由于WWDM驱驱动程序序运行在在系统的的内核态态，编写写非常复复杂，限限于篇幅幅，仅给给出软件件的框图图（见图图2）。为了方便便用户的的使用，还应编编写相应应的APPI函数数或AcctivveX控控件等其其它应用用层的程程序提供供给用户户。由于于ActtiveeX控