CI总线的CAN卡的设计与实现

基于PCI总线的CAN卡的设计与实现现场总线CAN（ControllerAreaNetwork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卡的设计包括硬件设计和软件设计。1硬件设计PCI总线是一种独立于CPU的局部总线，不同于传统的ISA总线。由于PCI总线规范定义了严格的电气特性和时序要求，开发难度比ISA总线的开发难度大。实现PCI接口的方案一般有两种：采用可编程逻辑器件和专用总线接口器件。采用可编程逻辑器件实现PCI接口的最大好处是比较灵活，可把PCI时序模块和功能模块结合在一起，可以利用的器件也比较多（如Altera公司的CPLD器件、Xilinx公司的FPGA器件等），还可以购买由厂家提供的用VHDL、AHDL等硬件描述语言编制的PCI核心设计模块，但其设计难度还是很高，因为PCI总线对负载要求、传输数据的建立时间的要求都比较苛刻，同时还需要器件内部实现用于配置的各类寄存器，以及完成逻辑校验、地址译码等工作的寄存器（大致需要15000个门电路）。此外，还需加入FIFO、用户寄存器组和后端设备接口等部分。设计这种PCI总线接口会导致将大量的人力、物力投入到复杂的逻辑验证和时序分析的工作上，开发周期较长。要用专用接口器件虽然没有采用可编程逻辑器件那么灵活，但能够有效地降低接口设计的难度，缩短开发时间。专用接口器件具有较低的成本和很高的通用性，能够优化数据传输，提供配置空间，具备用于突发传输功能的片内FIFO，提供扩展局部总线等优点，并且许多公司还提供配套的开发工具（例如评估板或驱动程序开发软件），使用很方便，开发周期短。目前市场上常见的有PLX、AMCC、Cypress等公司的PCI桥芯片，各个型号的PCI接口芯片的大致特点如表1所示。表1各公司PCI接口芯片表公

司膨芯片型号（炉模式）樱芯片功能及刺特点骑价

格米开发技术支省持职PLX坚PCI90肥52（从）

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果AMCC5扁933(主授)炉FIFO接阔口适合于设扑计数据采集胃卡，性能好吹较昂贵哭提供评估板PCI设备可分为主模式和从模式。主模式桥芯片可以进行DMA操作，而从模式只能接受读写操作。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。如果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周期。因此，采用PLX公司的PCI总线目标接口芯片PCI9052作为CAN卡中的PCI接口芯片，负责与计算机之间的数据通信。PCI9052是PLX公司开发的低价格PCI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（LocalBus）可通过编程设置为8/16/32位的（非）复用总线。其主要特点有：（1）直接数据转换模式PCI9052支持PCI到LocalBus的内存映射和I/O映射的突发读写。（2）ISA接口逻辑PCI9052支持通过8/16位内存映射或I/O映射从PCI到ISA总线的单周期读、写访问。方便从ISA向PCI卡的转换。（3）中断产生器由LocalBus的两个中断信号可以产生一个PCI中断信号：INTA#。（4）局部总线PCI9052提供的局部总线不但可编程，而且与PCI总线的时钟相互独立运行，可实现异步操作，总线操作自动实现时序同步。两部分的异步运行方便了高、低速设备的兼容。局部的运行时钟频率范围0～40MHz、TTL电平，可由PCI提供或由用户自行提供；PCI的运行时钟频率范围0～33MHz。（5）串行EEPROM用于存入PCIBUS和LocalBus的部分配置信息。（6）4个局部设备片选基址和地址范围可以由串行EEPROM或主控设备进行设置。（7）5个局部地址空间基址和地址范围及其映射可以由串行EEPROM或主控设备进行设置。幕（8）Bi起g/Lit针tleE草ndian蜘模式的字节求交换适合逼不同计算机歉体系。秒（9）局部紫总线等待状阴态降了等胜待信号LR猪DYi#用喜于握手之外顾，PCI9发052还有或一个内部等但待产生器（制包括地址到凉数据周期、感数据到数据久周期和数据丸到地址周期认的等待）。备（10）延被迟读模式名PCI90狮52支持P带CI2.1学规范的延迟宗读模式。抽（11）F珠IFOP马CI905谦2包括一个亏64Byt岂e的写FI脑FO和一个辅32Byt带e的读FI三FO，从而女支持预取模夫式、即突发借操作。共（12）P炒CI锁定机谅制主控设花备可以通过天锁定信号占过有对PCI偶9052的剩唯一访问权担。办由于CAN黑总线的迅猛水发展，许多胆芯片厂商开淋发了很多系瓣列的CAN旋通信控制器烤芯片。如表盛2所示。倍表2主要兔CAN总线掏芯片旦制造商遥芯片型号涛芯片功能及皆特点水Intel首82527

茂8XC19果6CA/C鹰B凯CAN通信棵控制器，符码合CAN2右.0B

众扩展的8X浅C196+允CAN通信池控制器，符斥合CAN2钥.0B悉Phili克ps恳SJA10暗00

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题高性能CA益N总线收发妄器

内16位微控渐制器+CA厉N通信控制立器，符合C制AN2.0难B渗Motor咱ola异68HC0昆5X4系列矛68HC0俗5微处理器会+CAN通茶信控制器卸NEC炕72005蜂CAN通信乡控制器，符仁合CAN介2.0A鸽/B晌由于PCI离9052可员以启动局部搁总线的读写栏，CAN卡网不再需要微立控制器，采起用CAN通抬信控制器即呢可，本CA排N卡采用S尚JA100汁0.SJA岗1000支姿持Basi谨cCAN和狸PeliC饲AN模式，商具有FIF捆O、支持热咳插拔等功能卧，不但可以滨实现CAN振总线接口功差能，而且芯汇片可以根据伐晶振的频率筋，输出可编固程的CLK黎OUT信号米，该信号正哥好可作为P扯CI905斑2的局部总印线的总线频遵率，节省了稳器件，方便盛了设计。C名AN总线的柜总线频率可棍为12MH阶z、16M边Hz或24巩MHz，P嘱CI905枯2自动实现伴局部总线与佳PCI总线拥的访问同步矩。CAN总臂线收发器采嚷用聪82C钢250.该拖芯片是CA桶N总线控制钱器和物理总负线的接口，是可以提供对桨CAN总线钥的差动发送简和接受能力堤，具有抗瞬括间干扰、保峡护部的能力离，可以通过毯调整CAN制总线通讯脉徒冲的边沿斜谢率来降低射京频干扰。筑由于PCI看设备在计算老机中的硬件裙资源是系统碑动态分配的勇，因此在设剑计出基本的狐硬件框架后防，要进行P没CI配置设糊计。CAN抛卡的硬件资艇源为映射S返JA100敌0内部寄存局器的内存映五射间和一个隐中断源。P勾CI905腾2提供5个磨局部地址空在间，可以选既用其中的一寇个作为SJ赠A1000沸的地址空间拥，分配32妖个8位地址遍。同时设置器相应的初始次化，PCI影配置寄存器蛋中的寄存器辩PCIBA豆R2设置为贵0XFFF苹FFFE0糖，向系统请扒求分配内存姿的数量为3齐2，类型为志不可预读，坚其它寄存器驾的值可设置愤为0。设置贡局部地址空驾间的范围为戏0X000夏00000蜻～0X00鼠00002车0。PCI避9052提古供2个局部白中断源，利仓用LINT毅i1即可，荣注意的是：释LINTi瘦1信号线没北有驱能力，掏SJA10称00的IN垮T引脚也没敏有驱动能力赌，因此该信春号线必须加员上拉电阻，背否则该信号戏线的电平不壳确定，工作境肯定不正常殖。SJA1日000提供稿电平触发中古断信号，因决此PCI9将052的中约断触发模式喇设置为电平码触发。利用刻PCI90臂52的局部药设备片CS性0#作为S慈JA100蛋0的片选信讽号。CS0芳#片选信号睁的起始地址继和地址范围姨为CS0腿Base搞Addre娇ss寄存器邪设置，值为穷0x000录00002慧。另外，P片CI905夕2的LRD搁Yi#信号晕为局部总线获数据准备信依号，SJA即1000的僚寄存器地址粗映射成地址你，数据传输抽不存在延迟寇等待，因此羞LRDYi口#引脚可接银地，表示S殖JA100狸0的寄存器腔总是立即可障读写。PC献I9052宴寄存器的初谣始值由串行挖EEPRO王M提供，在去PCI90植52加电后眠读取。EE坛PROM必笨须采用支持斯连读功能的护芯片，本用周Micro遮chip的伐93LC4坏6B。用P胖CX公司提压供的开发工车具PlxM筛on可对9咏3LC47卵B进行读写勇。胳PCI90厌52的硬件袄调试可采用越PlxMo蜓n。利用它草可以对PC欺I设置的配解置资源进行糟检验。利用恢PLX提供优的SDK，劈可以对PC碎I9052匹的局部寄存题器、局部总纳线及EEP背ROM进行沈读写，这样旷可以调试硬训件。借助开锡发工具，不兄必开发PC盯I设备的调飞试软件，可罩节省很多时弟间。同时，叶SDK也为摘驱动程序的魂开发提供了太程序框架，驴加快了开发奶进度。碑CAN卡的拖电路框图如队图1所示。扎2软件设恭计朋软件设计包幸括驱动程序坑的设计和C召OM组件程缠序设计。肺由于PCI磁设备的中断碑、I/O端贱口、映射内珍存等资源都慎是动态分配抱的，必须编荡写驱动程序映管理硬件，遮才能供用户走编程使用。桌为了通用性伯和兼容性，只CAN卡驱间动程序的开仓发采用支持竹Windo粉wsXP胜、Wind越ows20阿00和Wi哥ndows降98的WD雹M驱动程序抬。开发工具岛采用Vis窗ualC原++6.0邀和Win2蔬000D瞧DK。由于铺CAN卡上摘没有微控制虹器，因此对帮CAN总线津端口的所有里操作都是由糟驱动程序来绣完成的。这档不仅可以由妖计算机来实掏现复杂的功炭能，例如，让错误检测、骄断点续传等明，同时节省桂了硬件，而觉且有利于C鹅AN卡的升窝级——只要卷更换驱动程拴序即。驱动唯程序的功能彼主要是配置确SJA10舒00的CA枯N接口、收记发CAN总哑线上的数据加、对发数据贱和CAN总胳线错误均采死用中断处理镇，驱动程序升可以快速响期应，通过事题件（Eve谢nt）内核徐对象直接通他知给用户程愈序。由于W勇DM驱动程丘序运行在系抓统的内核态虫，编写非常们复杂，限于泊篇幅，仅给键出软件的框磨图（见图2帽）。打为了方便用并户的使用，匙还应编写相忙应的API哭函数或Ac即tiveX警控件等其它羽应用层的程胜序提供给用才户。由于A谦ctive慨X控件基于演先进