PCI9052在多功能CAN適配卡中的應(yīng)用研究

0 引言

PCI總線是一種獨(dú)立于CPU的局部總線，實(shí)現(xiàn)PCI接口的方案一般有兩種：采用可編程邏輯器件和專用總線接口器件。采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)PCI接口的好處是比較靈活，但其設(shè)計(jì)難度很高，因?yàn)镻CI總線對(duì)負(fù)載要求、傳輸數(shù)據(jù)的建立時(shí)間的要求都比較苛刻，同時(shí)還需要器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)用于配置的各類寄存器，以及完成邏輯校驗(yàn)、地址譯碼等工作的寄存器。此外，還需加入FIFO、用戶寄存器組和后端設(shè)備接口等部分。設(shè)計(jì)這種PCI總線接口會(huì)導(dǎo)致將大量的人力、物力投入到復(fù)雜的邏輯驗(yàn)證和時(shí)序分析的工作上，開發(fā)周期較長。采用專用接口器件雖然沒有采用可編程邏輯器件那么靈活，但能夠有效地降低接口設(shè)計(jì)的難度，縮短開發(fā)時(shí)間。專用接口器件具有較低的成本和很高的通用性，能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸，提供配置空間，具備用于突發(fā)傳輸功能的片內(nèi)FIFO，提供擴(kuò)展局部總線等優(yōu)點(diǎn)，并且許多公司還提供配套的開發(fā)工具，使用很方便，開發(fā)周期短。 PCI9052是PLX公司開發(fā)的低價(jià)格PCI總線從模式接口芯片，低功耗，符合PCI2.1規(guī)范，提供的局部總線(Local Bus)可通過編程設(shè)置為8/16/32位的(非)復(fù)用總線。PCI9052提供的局部總線不但可編程，而且與PCI總線的時(shí)鐘相互獨(dú)立運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)異步操作，總線操作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)時(shí)序同步。兩總線的異步運(yùn)行方便了高、低速設(shè)備的兼容。

1 硬件設(shè)計(jì)

為了充分利用硬件的有用資源，該多功能適配卡不僅要實(shí)現(xiàn)與CAN總線進(jìn)行通信，還具有A/D、D/A及I/O功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN通信和數(shù)據(jù)采集等功能。PCI9052有5個(gè)地址映射空間，要實(shí)現(xiàn)這些功能，通過PCI9052來連接是能夠滿足要求的。I/O采用IO映射空間，CAN、A/D和D/A采用Memory地址映射空間，也可都采用Memory方式，這些地址空間的配置是在EEPROM中進(jìn)行配置的。根據(jù)采樣精度要求，A/D芯片采用的是16位單通道并行通信的AD976芯片，轉(zhuǎn)換時(shí)間10us，為了實(shí)現(xiàn)多通道輸入，須在模擬輸入端加一多路開關(guān)MAX308ESE。D/A芯片采用的是16位8通道芯片DAC7644E，轉(zhuǎn)換時(shí)間10us。CAN控制芯片采用PHLIPS的SJA1000，同時(shí)須接一CAN驅(qū)動(dòng)芯片82C250。另外，PCI9052需要一片EEPROM芯片用來存儲(chǔ)PCI9052的初始化配置參數(shù)。可與PCI9052匹配的芯片有Microchip Technology 1K 93AA46、93C46B、93LC46B，還有其他廠商的。在選擇EEPROM時(shí)一定可參考PCI9052的推薦說明，這里采用的是1K的93LC46B。其原理結(jié)構(gòu)如圖1：

2 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)包括WDM驅(qū)動(dòng)程序、API接口函數(shù)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，這里主要介紹驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。對(duì)于WDM驅(qū)動(dòng)程序，要獲得正確的地址分配值，必須正確地設(shè)置配置參數(shù)，9052內(nèi)部的配置寄存器是通過外部串行E2PROM上電加載的。9052會(huì)自動(dòng)根據(jù)該E2PROM的狀態(tài)來決定其內(nèi)部寄存器的值。如果E2PROM不存在（此時(shí)E2PROM和9052連接的數(shù)據(jù)引腳應(yīng)加上拉電阻或其內(nèi)部無有效值，9052會(huì)將其內(nèi)部寄存器配置為缺省值。值得一提的是，如果E2PROM內(nèi)部沒有燒寫為有效值時(shí)，應(yīng)保證其開始48位為全“1”；否則，系統(tǒng)上電時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。9052有5個(gè)本地空間，用戶可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相應(yīng)的配置。當(dāng)將本地空間配置成I/O時(shí)，對(duì)該空間的讀/寫操作只能單次進(jìn)行。配置成存儲(chǔ)器空間，用戶會(huì)有多種接入模式，可大大提高接入速度。
該多功能設(shè)配卡驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)采用支持Windows2000的WDM驅(qū)動(dòng)程序。開發(fā)工具采用Visual C++6.0、Win2000 DDK及DriverStudio2.7。采用DriverStudio向?qū)Чぞ呱沈?qū)動(dòng)程序框架和調(diào)試程序，在利用向?qū)r(shí)需正確填寫PCI Vendor ID和PCI Device ID，否則，在安裝驅(qū)動(dòng)程序時(shí)查找不到正確的硬件設(shè)備，導(dǎo)致無法安裝驅(qū)動(dòng)。
由于WDM驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)，編寫非常復(fù)雜，在應(yīng)用程序和硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換中，可以采用幾種方式進(jìn)行通信：I/O控制方式、直接讀寫方式、中斷方式和DMA方式。由于CAN總線的最高速率是1Mbps，所以我們采用IO控制操作實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，在驅(qū)動(dòng)程序派遣例程中實(shí)現(xiàn)這些操作，在API函數(shù)中提供這些操作的接口，應(yīng)用程序可使用標(biāo)準(zhǔn)Win32 API函數(shù)DeviceIoControl來數(shù)據(jù)讀寫，也可以采用DriverStudio向?qū)Чぞ弋a(chǎn)生的DeviceControl來操作，在這里我們將它集成到對(duì)應(yīng)的API函數(shù)里，生成相應(yīng)的靜態(tài)庫或者動(dòng)態(tài)連接庫的形式提供給應(yīng)用程序。 定義了7個(gè)IO控制代碼：
IOCTL_HIL100_READ_IO_DATA（用于讀I/O口數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_READ_AD_DATA（用于讀AD數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_READ_DA_DATA （用于讀DA數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_READ_CAN_DATA（用于讀CAN數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_WRITE_IO_DATA（用于寫I/O口數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_WRITE_DA_DATA（用于寫DA數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_WRITE_CAN_DATA（用于寫CAN數(shù)據(jù)）
這些控制代碼在驅(qū)動(dòng)程序的DeviceControl(KIrp I)函數(shù)中調(diào)用，如下程序所示：