基于DSP 內(nèi)嵌ECAN模塊的總線接口設(shè)計

　　0 引言

　　CAN 總線以其可靠、實時、低成本優(yōu)勢已在汽車、機械等工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。TMS320F2812是TI公司最具代表性的低成本、低功耗和高性能的定點DSP芯片，具有強大的事件管理能力和嵌入式控制能力。其內(nèi)嵌的增強型CAN 總線控制器（ECAN）模塊，完全兼容CAN 2.0B 協(xié)議，郵箱數(shù)量增加至32 個，并增加了時間戳、消息過濾和超時發(fā)送功能，提高了應(yīng)用CAN通信的靈活性。

　　ADM3053是ADI公司2011年推出一款集成信號和電源隔離功能的CAN 收發(fā)器。本文采用集成ECAN 模塊的TMS320F2812 和ADM3053 來設(shè)計CAN 節(jié)點。該設(shè)計將內(nèi)嵌ECAN模塊的DSP作為節(jié)點主控制器，同時采用ADM3053芯片有效替代了傳統(tǒng)CAN收發(fā)器、信號隔離、供電隔離三部分電路，有效實現(xiàn)了模塊小型化、低功耗、低成本。

　　本接口模塊能夠?qū)崿F(xiàn)正常的CAN通信，通信控制更加靈活。采用CAN通信監(jiān)控卡和專用示波器CANScope對該接口的數(shù)據(jù)包、電平特性、眼圖進(jìn)行分析，結(jié)果顯示信號品質(zhì)良好。

　　1 硬件設(shè)計

　　1.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　典型的工業(yè)控制中CAN總線接口模塊硬件原理框圖如圖1所示，它由智能處理器、CAN協(xié)議控制器、信號隔離、收發(fā)器及供電隔離組成。智能處理器負(fù)責(zé)總線數(shù)據(jù)收發(fā)，CAN協(xié)議數(shù)據(jù)的解析和管理，響應(yīng)上位機命令并反饋接口健康狀態(tài)；CAN 總線控制器功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層功能，包括位時序邏輯、錯誤管理邏輯、驗收濾波器、收發(fā)緩沖管理等；CAN總線收發(fā)器功能是實現(xiàn)物理層功能，主要是收發(fā)信號與總線差分電平的相互轉(zhuǎn)換；隔離電路包含信號隔離和電源隔離兩部分，實現(xiàn)控制器與收發(fā)器之間的完全電氣隔離。

　　傳統(tǒng)的CAN總線接口電路是由采用獨立的接口管理CPU、CAN控制器、收發(fā)器及隔離電路搭建，這種方法占用板面積大、接口邏輯復(fù)雜、成本高。本設(shè)計應(yīng)用了ADI 公司最新發(fā)布的ADM3053 芯片，該芯片集成了CAN 收發(fā)器、信號隔離及供電隔離三部分功能，見圖1中虛線方框部分。應(yīng)用ADM3053有以下優(yōu)勢：

　?。?）功耗低體積小。采用了基于電磁隔離原理的iCouple信號隔離專利技術(shù)。功耗相當(dāng)于同數(shù)據(jù)傳輸率下傳統(tǒng)光電隔離器的1/10.同時采用了基于高頻開關(guān)的芯片級變壓技術(shù)isoPower實現(xiàn)供電隔離。在CAN 協(xié)議控制器與物理層總線之間創(chuàng)建一個完全隔離的接口。使得元器件數(shù)量減少，節(jié)約電路空間，簡化了接口設(shè)計，降低了設(shè)計復(fù)雜度；

　?。?）性能更高。在時序精度、瞬態(tài)共模抑制力、通道間匹配性能均優(yōu)于傳統(tǒng)光電隔離器；（3）產(chǎn)品成本更低。每個通道成本相當(dāng)于傳統(tǒng)光電隔離器的40%.

　　1.2 ECAN模塊結(jié)構(gòu)

　　ECAN的接口與結(jié)構(gòu)電路如圖2所示。ECAN具有32位內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括協(xié)議內(nèi)核（CPK）和消息控制器。

　　在協(xié)議內(nèi)核CPK 收到一個來自總線的消息后，消息控制器中的接收控制單元確定是否把接收的消息存儲到32 個消息郵箱RAM 中的某一個中。接收控制單元要檢驗消息的狀態(tài)、標(biāo)識符和消息對象的屏蔽來決定郵箱的位置。接收的消息經(jīng)過濾波后存放到第一個郵箱中。如果接收控制單元不能找到任何一個存儲接收消息的郵箱，則消息被丟棄。