CAN總線通信適配卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 CAN總線簡(jiǎn)介

CAN(Controller Area Network)總線屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN協(xié)議目前已納入ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898)，它分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，其中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議已經(jīng)集成在芯片中，可通過(guò)硬件自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的成幀與發(fā)送和接收，從而大大減少軟件的工作量，因此，特別適用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是那些強(qiáng)調(diào)低層監(jiān)測(cè)與控制且要求可靠性高、實(shí)時(shí)性好的惡劣條件下的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。

CAN總線具有以下突出特點(diǎn)：

● 能夠以多主節(jié)點(diǎn)方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可設(shè)成主節(jié)點(diǎn)以其它節(jié)點(diǎn)主動(dòng)發(fā)送信息。

●報(bào)文傳輸不含目標(biāo)地址，它以全網(wǎng)廣播為基礎(chǔ)，各個(gè)接收站可根據(jù)報(bào)文中反映的數(shù)據(jù)性質(zhì)標(biāo)識(shí)符來(lái)過(guò)濾報(bào)文以決定是否接收。同時(shí)可通過(guò)報(bào)文標(biāo)識(shí)符將報(bào)文設(shè)定為不同的發(fā)送優(yōu)先級(jí)，以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。

●非破壞性總線仲裁和錯(cuò)誤界定，利用現(xiàn)有的產(chǎn)品，可由控制器自動(dòng)解決總線沖突和出錯(cuò)界定，并對(duì)用戶完全透明，同時(shí)還能區(qū)分暫時(shí)和永久故障，并可自動(dòng)關(guān)閉故障節(jié)點(diǎn)。

●通信距離可達(dá)10km(速率5kb／s)，速度可達(dá)1MB／s(距離40m以內(nèi))。

●理論上，CAN總線的網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)數(shù)不受限制，它有2032種不同的報(bào)文標(biāo)識(shí)符，但具體數(shù)量取決于物理層的承受能力，通常CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)。CAN總線系統(tǒng)一般采用總線式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，系統(tǒng)可靠性高。其總體模式如圖1所示。

2 CAN總線適配卡的功能特點(diǎn)

CAN總線通信適配卡是插在PC機(jī)ISA插槽內(nèi)的智能通訊卡，它可使PC機(jī)方便地連接到CAN總線上，其特點(diǎn)如下：

(1)采用高性能的8位微處理器89C52(12MHz)，可減輕PC主機(jī)的通信負(fù)擔(dān)，而且可以運(yùn)行復(fù)雜的用戶通信任務(wù)。

(2)卡上帶有l(wèi)kB的高速雙口RAM存儲(chǔ)器，可直接映射到主機(jī)內(nèi)存空間以實(shí)現(xiàn)CAN總線與主機(jī)PC的高速數(shù)據(jù)交換，并可設(shè)置雙口RAM在ISA總線中的基地址。

(3)采用16MHz CAN控制器SJAl000時(shí)，其通訊速率可高達(dá)1Mbps。

(4)中斷申請(qǐng)電路能夠保證PC機(jī)和適配卡上的微處理器實(shí)時(shí)處理對(duì)方的處理要求。

(5)適配卡上帶有光電隔離，可保護(hù)PC機(jī)避免由于地環(huán)流而造成的損壞，并可增強(qiáng)系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。

(6)為方便系統(tǒng)調(diào)試，可用LED指示系統(tǒng)狀態(tài)和CAN的接收和發(fā)送狀態(tài)。

3 CAN總線適配卡的硬件設(shè)計(jì)

CAN通信適配卡由雙口RAM電路、微控制器電路、CAN通信控制電路三部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3.1 雙口RAM及其控制電路

雙口RAM是一種性能優(yōu)越的快速通信器件，它能提供兩種完全獨(dú)立的端口，每個(gè)端口都有完整的地址、數(shù)據(jù)和控制線。對(duì)于器件兩邊的使用者CPU而言，它與一般的RAM無(wú)多大區(qū)別，只有在兩邊同時(shí)讀寫同一地址單元時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。在CAN通信適配卡中，通常利用雙口RAM IDT7130來(lái)建立雙向數(shù)據(jù)交換通道，以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和CAN控制器之間的數(shù)據(jù)傳送。

PC機(jī)與擴(kuò)展存儲(chǔ)器的接口有兩種方法：一種是把雙口RAM當(dāng)成外部設(shè)備，使用端口I／O指令進(jìn)行訪問(wèn)，這種方法一次只能傳送一個(gè)字節(jié)(或字)，因而傳送速度較慢；另一種是內(nèi)存映像法，即把雙口RAM地址配置于PC機(jī)主存儲(chǔ)器的高端(一般為C0000H-DFFFFH)，以使PC機(jī)像訪問(wèn)主存儲(chǔ)器一樣訪問(wèn)雙口RAM，同時(shí)使所有能夠訪問(wèn)主存儲(chǔ)器的指令也可以以同樣的方式訪問(wèn)雙口RAM。內(nèi)存映像法可以以字符塊為單位進(jìn)行傳送，因而可實(shí)現(xiàn)快速訪問(wèn)雙口RAM。正是基于這些優(yōu)點(diǎn)，在本適配卡設(shè)計(jì)中采用了內(nèi)存映射的存儲(chǔ)器尋址方式。