基于PCI總線的CAN卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、1 / 11基于PCI總線的CAN卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線CAN（Controller Area Network操縱器局域網(wǎng)絡(luò)）以其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，越來(lái)越受到人們的重 視和青睞，不但在汽車(chē)行業(yè)中應(yīng)用廣泛，而且在工業(yè)操縱、機(jī)器 人、醫(yī)療器械、傳感器等領(lǐng)域進(jìn)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(lái)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)控和治理工作。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，

2、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卡一般差不多上基于ISA總線的，由于ISA部傳輸速率低，CAN卡必須增加中繼操縱功能， 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、電源治理等功能，不但能滿足CAN總線的高速數(shù)據(jù)傳2 / 11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)圖 1 CAN 卡電路原理圖1硬件設(shè)計(jì)PCI總線是一種獨(dú)立于CPU勺局部總線，不同于

3、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(kāi)發(fā)難度比ISA總線的開(kāi)發(fā)難度大。實(shí)現(xiàn)PCI接口的方案一般有兩種： 采 納可編程邏輯器件和專用總線接口器件。采納可編程邏輯器件實(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3 / 11塊結(jié)合在一起， 能夠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），還能夠購(gòu)買(mǎi)由廠家提供的 用VHDL AHDL等硬件描述語(yǔ)言編制的PCI核心設(shè)計(jì)模塊， 但其 設(shè)計(jì)難度依舊專門(mén)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)刻的要求都比較苛刻， 同時(shí)還需要器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)用于配置的 各類

4、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(mén)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(kāi)發(fā) 周期較長(zhǎng)。 要用專用接口器件盡管沒(méi)有采納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(kāi)發(fā)時(shí)刻。專用 接口器件具有較低的成本和專門(mén)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)， 同時(shí)許多公司還提供配套的開(kāi)發(fā)工具 （例 如評(píng)估板或驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)軟件），使用專門(mén)方便，開(kāi)發(fā)周期短。目前市場(chǎng)

5、上常見(jiàn)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。表1各公司PCI接口芯片公司心片型號(hào)（模式）芯片功能及特點(diǎn)價(jià)格開(kāi)發(fā)技術(shù)支持4 / 11PLXPCI9052 （從）PCI9054 （主）型號(hào)眾多，使用方便，性能好較廉價(jià)提供快速開(kāi)發(fā)板RDK 出售CYPRESSCY7C09449PV-AC內(nèi)置 DPRAM ,有效降廉價(jià)（主）低系統(tǒng)成本技術(shù)文檔TIPCI2031 （從）PCI1251 （主）與 TI 的 DSP 可無(wú)縫連接專門(mén)廉價(jià)提供評(píng)估模塊AMCCAMCC5920 （從）AMCC5933（主）FIFO 接口適合于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集卡，性能好如

6、貴提供評(píng)估板PCI設(shè)備可分為主模式和從模式。主模式橋芯片能夠進(jìn)行DMA操作，而從模式只能同意讀寫(xiě)操作。 依照PCI提供的傳輸數(shù)據(jù)帶寬（最大132MB/S）和CAN總線（最大IMbpS的要求，加上經(jīng)濟(jì) 和開(kāi)發(fā)難度與周期上考慮（主模式橋芯片較昂貴，開(kāi)發(fā)難度較 大），又因不需要DMA功能，采納從模式橋芯片足以滿足傳輸數(shù) 據(jù)的需要。此外，選擇芯片不僅考慮性能和經(jīng)濟(jì)上的要求，而且 還需要考慮硬件開(kāi)發(fā)和驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的難易。假如不提供足夠的芯片講明和應(yīng)用樣例及開(kāi)發(fā)工具，將大大增加開(kāi)發(fā)難度和延長(zhǎng)開(kāi) 周期。因此，采納PLX公司的PCI總線目標(biāo)接口芯片PCI9052作 為CAN卡中的PCI接口芯片，負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)之

7、間的數(shù)據(jù)通信。PCI9052是PLX公司開(kāi)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(guò) 編程設(shè)置為5 / 118/16/32位的(非)復(fù)用總線。其要緊特點(diǎn)有：(1)直接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模式PCI9052支持PCI到Local Bus的內(nèi)存 映射和I/O映射的突發(fā)讀寫(xiě)。(2) ISA接口邏輯PCI9052支持通過(guò)8/16位內(nèi)存映射或I/O映 射從PCI到ISA總線的單周期讀、寫(xiě)訪問(wèn)。方便從ISA向PCI卡 的轉(zhuǎn)換。(3)中斷產(chǎn)生器 由Local Bus的兩個(gè)中斷信號(hào)能夠產(chǎn)生一個(gè)PCI中斷信號(hào)：INTA#。(4)局部總線PCI9052提供的局

8、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。兩部分的異步運(yùn)行方便了高、低速設(shè)備的兼容。局部 的運(yùn)行時(shí)鐘頻率范圍040MHzTTL電平，可由PCI提供或由用 戶自行提供；PCI的運(yùn)行時(shí)鐘頻率范圍033MHz(5)串行EEPROM用于存入PCI BUS和Local Bus的部分配置信息。（6）4個(gè)局部設(shè)備片選 基址和地址范圍能夠由串行EEPRO或主控設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。6 / 11（7）5個(gè)局部地址空間 基址和地址范圍及其映射能夠由串行EEPROI或主控設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。（8）Big/LittleEndian模式的字節(jié)交換 適合不同計(jì)算機(jī)體系。（9）局部總線等待狀態(tài) 降了等待信號(hào)LRDYi#用于握手之外，PCI9052還有一個(gè)內(nèi)部等待產(chǎn)生器（包括地址到數(shù)據(jù)周期、數(shù)據(jù) 到數(shù)據(jù)周期和數(shù)據(jù)到地址周期的等待）。（10）延遲讀模式PCI9052支持PCI2.1規(guī)范的延遲讀模式。（11）FIFO PCI9052包括一個(gè)64Byte的