基于PCI總線CAN卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場總線CAN(Controller Area Network控制器局域網(wǎng)絡(luò))以其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，越來越受到人們的重視和青睞，不但在汽車行業(yè)中應(yīng)用廣泛，而且在工業(yè)控制、機(jī)器人、醫(yī)療器械、傳感器等領(lǐng)域發(fā)展迅速。為了擴(kuò)展CAN總線的功能，與計(jì)算機(jī)相連，可設(shè)計(jì)具有CAN接口和PC接口的CAN適配卡，用來收集CAN總線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息，轉(zhuǎn)發(fā)給PC機(jī)，并可將PC機(jī)的命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)節(jié)點(diǎn)以及完成對(duì)CAN總線上的用戶系統(tǒng)的部分監(jiān)控和管理工作。
PCI總線是Intel公司推出的一種先進(jìn)的高性能32/64位局部總線，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備，不受制于處理器，數(shù)據(jù)吞吐量大 (33MHz總線頻率、32位傳輸時(shí)峰值可高達(dá)132MB/s)。目前PCI是處于主流的計(jì)算機(jī)總線。以往的CAN卡一般都是基于ISA總線的，由于ISA總線傳輸速率低，CAN卡必須增加中繼控制功能，才能夠適應(yīng)CAN的高速傳輸，導(dǎo)致造價(jià)高、體積大、傳輸速率低，不利于CAN總線的推廣應(yīng)用。由于PCI總線傳輸速度快，而且支持熱插拔、電源管理等功能，不但能滿足CAN總線的高速數(shù)據(jù)傳輸，性能高、功能強(qiáng)，而且體積小、價(jià)格低、使用方便、應(yīng)用范圍廣。
CAN卡的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

1 硬件設(shè)計(jì)
PCI總線是一種獨(dú)立于CPU的局部總線，不同于傳統(tǒng)的ISA總線。由于PCI總線規(guī)范定義了嚴(yán)格的電氣特性和時(shí)序要求，開發(fā)難度比ISA總線的開發(fā)難度大。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接口的最大好處是比較靈活，可把PCI時(shí)序模塊和功能模塊結(jié)合在一起，可以利用的器件也比較多(如Altera公司的CPLD器件、Xilinx公司的FPGA器件等)，還可以購買由廠家提供的用VHDL、AHDL等硬件描述語言編制的PCI核心設(shè)計(jì)模塊，但其設(shè)計(jì)難度還是很高，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(大致需要15000個(gè)門電路)。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例如評(píng)估板或驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)軟件，使用很方便，開發(fā)周期短。目前市場上常見的有PLX、AMCC、Cypress等公司的PCI橋芯片，各個(gè)型號(hào)的PCI接口芯片的大致特點(diǎn)如表1所示