PCI總線的CAN卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、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(lái)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(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)控和管理工作。PCI總線線是Inntell公司推推出的一一種先進(jìn)進(jìn)的高性性能322/644位局部部總線，可可同時(shí)支支持多組組外圍

2、設(shè)設(shè)備，不不受制于于處理器器，數(shù)據(jù)據(jù)吞吐量量大（333MHHz總線線頻率、332位傳傳輸時(shí)峰峰值可高高達(dá)1332MBB/s）。目目前PCCI是處處于主流流的計(jì)算算機(jī)總線線。以往往的CAAN卡一一般都是是基于IISA總總線的，由由于ISSA部傳傳輸速率率低，CCAN卡卡必須增增加中繼繼控制功功能，才才能夠適適應(yīng)CAAN的高高速傳輸輸，導(dǎo)致致造價(jià)高高、體積積大、傳傳輸速率率低，不不利于CCAN總總線的推推廣應(yīng)用用。由于于PCII總線傳傳輸速度度快，而而且支持持熱插拔拔、電源源管理等等功能，不不但能滿滿足CAAN總線線的高速速數(shù)據(jù)傳傳輸，性性能高、功功能強(qiáng)，而而且體積積小、價(jià)價(jià)格低、使使用方便便、應(yīng)

3、用用范圍廣廣。CAN卡的的設(shè)計(jì)包包括硬件件設(shè)計(jì)和和軟件設(shè)設(shè)計(jì)。1 硬件設(shè)設(shè)計(jì)PCI總線線是一種種獨(dú)立于于CPUU的局部部總線，不不同于傳傳統(tǒng)的IISA總總線。由由于PCCI總線線規(guī)范定定義了嚴(yán)嚴(yán)格的電電氣特性性和時(shí)序序要求，開(kāi)開(kāi)發(fā)難度度比ISSA總線線的開(kāi)發(fā)發(fā)難度大大。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)PCII接口的的方案一一般有兩兩種：采采用可編編程邏輯輯器件和和專用總總線接口口器件。采采用可編編程邏輯輯器件實(shí)實(shí)現(xiàn)PCCI接口口的最大大好處是是比較靈靈活，可可把PCCI時(shí)序序模塊和和功能模模塊結(jié)合合在一起起，可以以利用的的器件也也比較多多（如AAlteera公公司的CCPLDD器件、XXiliinx公公司的FFPGAA

4、器件等等），還還可以購(gòu)購(gòu)買由廠廠家提供供的用VVHDLL、AHHDL等等硬件描描述語(yǔ)言言編制的的PCII核心設(shè)設(shè)計(jì)模塊塊，但其其設(shè)計(jì)難難度還是是很高，因因?yàn)镻CCI總線線對(duì)負(fù)載載要求、傳傳輸數(shù)據(jù)據(jù)的建立立時(shí)間的的要求都都比較苛苛刻，同同時(shí)還需需要器件件內(nèi)部實(shí)實(shí)現(xiàn)用于于配置的的各類寄寄存器，以以及完成成邏輯校校驗(yàn)、地地址譯碼碼等工作作的寄存存器（大大致需要要150000個(gè)個(gè)門(mén)電路路）。此此外，還還需加入入FIFFO、用用戶寄存存器組和和后端設(shè)設(shè)備接口口等部分分。設(shè)計(jì)計(jì)這種PPCI總總線接口口會(huì)導(dǎo)致致將大量量的人力力、物力力投入到到復(fù)雜的的邏輯驗(yàn)驗(yàn)證和時(shí)時(shí)序分析析的工作作上，開(kāi)開(kāi)發(fā)周期期較長(zhǎng)。要要

5、用專用用接口器器件雖然然沒(méi)有采采用可編編程邏輯輯器件那那么靈活活，但能能夠有效效地降低低接口設(shè)設(shè)計(jì)的難難度，縮縮短開(kāi)發(fā)發(fā)時(shí)間。專專用接口口器件具具有較低低的成本本和很高高的通用用性，能能夠優(yōu)化化數(shù)據(jù)傳傳輸，提提供配置置空間，具具備用于于突發(fā)傳傳輸功能能的片內(nèi)內(nèi)FIFFO，提提供擴(kuò)展展局部總總線等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，并并且許多多公司還還提供配配套的開(kāi)開(kāi)發(fā)工具具（例如如評(píng)估板板或驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序開(kāi)開(kāi)發(fā)軟件件），使使用很方方便，開(kāi)開(kāi)發(fā)周期期短。目目前市場(chǎng)場(chǎng)上常見(jiàn)見(jiàn)的有PPLX、AAMCCC、Cyypreess等等公司的的PCII橋芯片片，各個(gè)個(gè)型號(hào)的的PCII接口芯芯片的大大致特點(diǎn)點(diǎn)如表11所示。表1 各公公司PCC

6、I接口口芯片公 司芯片型號(hào)（模模式）芯片功能及及特點(diǎn)價(jià) 格開(kāi)發(fā)技術(shù)支支持PLXPCI90052（從從）PCCI90054（主主）型號(hào)眾多，使使用方便便，性能能好較便宜提供快速開(kāi)開(kāi)發(fā)板RRDK出出售CYPREESSCY7C0094449PVV-ACC（主）內(nèi)置DPRRAM，有有效降低低系統(tǒng)成成本便宜技術(shù)文檔TIPCI20031（從從）PCCI12251（主主）與TI的DDSP可可無(wú)縫連連接很便宜提供評(píng)估模模塊AMCCAMCC559200（從）AMCC5933(主)FIFO接接口適合合于設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)據(jù)采采集卡，性性能好較昂貴提供評(píng)估板板PCI設(shè)備備可分為為主模式式和從模模式。主主模式橋橋芯片可可以進(jìn)行

7、行DMAA操作，而而從模式式只能接接受讀寫(xiě)寫(xiě)操作。根根據(jù)PCCI提供供的傳輸輸數(shù)據(jù)帶帶寬（最最大1332MBB/s）和和CANN總線（最最大1MMbpss）的要要求，加加上經(jīng)濟(jì)濟(jì)和開(kāi)發(fā)發(fā)難度與與周期上上考慮（主主模式橋橋芯片較較昂貴，開(kāi)開(kāi)發(fā)難度度較大），又又因不需需要DMMA功能能，采用用從模式式橋芯片片足以滿滿足傳輸輸數(shù)據(jù)的的需要。此此外，選選擇芯片片不僅考考慮性能能和經(jīng)濟(jì)濟(jì)上的要要求，而而且還需需要考慮慮硬件開(kāi)開(kāi)發(fā)和驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序序開(kāi)發(fā)的的難易。如如果不提提供足夠夠的芯片片說(shuō)明和和應(yīng)用樣樣例及開(kāi)開(kāi)發(fā)工具具，將大大大增加加開(kāi)發(fā)難難度和延延長(zhǎng)開(kāi)周周期。因因此，采采用PLLX公司司的PCCI總線線目

8、標(biāo)接接口芯片片PCII90552作為為CANN卡中的的PCII接口芯芯片，負(fù)負(fù)責(zé)與計(jì)計(jì)算機(jī)之之間的數(shù)數(shù)據(jù)通信信。PCI90052是是PLXX公司開(kāi)開(kāi)發(fā)的低低價(jià)格PPCI總總線從模模式接口口芯片，低低功耗，符符合PCCI2.1規(guī)范范，提供供的局部部總線（LLocaal BBus）可可通過(guò)編編程設(shè)置置為8/16/32位位的（非非）復(fù)用用總線。其其主要特特點(diǎn)有：（1）直接接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換模式式 PCCI90052支支持PCCI到LLocaal BBus的的內(nèi)存映映射和II/O映映射的突突發(fā)讀寫(xiě)寫(xiě)。（2）ISSA接口口邏輯 PCII90552支持持通過(guò)88/166位內(nèi)存存映射或或I/OO映射從從PCII到

9、ISSA總線線的單周周期讀、寫(xiě)寫(xiě)訪問(wèn)。方方便從IISA向向PCII卡的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。（3）中斷斷產(chǎn)生器器 由LLocaal BBus的的兩個(gè)中中斷信號(hào)號(hào)可以產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)PCII中斷信信號(hào)：IINTAA#。（4）局部部總線 PCII90552提供供的局部部總線不不但可編編程，而而且與PPCI總總線的時(shí)時(shí)鐘相互互獨(dú)立運(yùn)運(yùn)行，可可實(shí)現(xiàn)異異步操作作，總線線操作自自動(dòng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)時(shí)序同同步。兩兩部分的的異步運(yùn)運(yùn)行方便便了高、低低速設(shè)備備的兼容容。局部部的運(yùn)行行時(shí)鐘頻頻率范圍圍0440MHHz、TTTL電電平，可可由PCCI提供供或由用用戶自行行提供；PCII的運(yùn)行行時(shí)鐘頻頻率范圍圍0333MHHz。（5）串行行EE

10、PPROMM 用于于存入PPCI BUSS和Loocall Buus的部部分配置置信息。（6）4個(gè)個(gè)局部設(shè)設(shè)備片選選 基址址和地址址范圍可可以由串串行EEEPROOM或主主控設(shè)備備進(jìn)行設(shè)設(shè)置。（7）5個(gè)個(gè)局部地地址空間間 基址址和地址址范圍及及其映射射可以由由串行EEEPRROM或或主控設(shè)設(shè)備進(jìn)行行設(shè)置。（8）Biig/LLitttle Enddiann模式的的字節(jié)交交換 適適合不同同計(jì)算機(jī)機(jī)體系。（9）局部部總線等等待狀態(tài)態(tài) 降了了等待信信號(hào)LRRDYii#用于于握手之之外，PPCI990522還有一一個(gè)內(nèi)部部等待產(chǎn)產(chǎn)生器（包包括地址址到數(shù)據(jù)據(jù)周期、數(shù)數(shù)據(jù)到數(shù)數(shù)據(jù)周期期和數(shù)據(jù)據(jù)到地址址周期的

11、的等待）。（10）延延遲讀模模式 PPCI990522支持PPCI22.1規(guī)規(guī)范的延延遲讀模模式。（11）FFIFOO PCCI90052包包括一個(gè)個(gè)64BBytee的寫(xiě)FFIFOO和一個(gè)個(gè)32BBytee的讀FFIFOO，從而而支持預(yù)預(yù)取模式式、即突突發(fā)操作作。（12）PPCI鎖鎖定機(jī)制制 主控控設(shè)備可可以通過(guò)過(guò)鎖定信信號(hào)占有有對(duì)PCCI90052的的唯一訪訪問(wèn)權(quán)。由于CANN總線的的迅猛發(fā)發(fā)展，許許多芯片片廠商開(kāi)開(kāi)發(fā)了很很多系列列的CAAN通信信控制器器芯片。如如表2所所示。表2 主要要CANN總線芯芯片制造商芯片型號(hào)芯片功能及及特點(diǎn)Intell8252778XCC1966CA/CBCAN

12、通信信控制器器，符合合CANN2.00B擴(kuò)展展的8XXC1996+CCAN通通信控制制器，符符合CAAN2.0BPhiliipsSJA10000882C2250PP51XXA-CC3CAN通信信控制器器，符合合CANN2.00B高性性能CAAN總線線收發(fā)器器16位位微控制制器+CCAN通通信控制制器，符符合CAAN2.0BMotorrolaa68HC005X44系列68HC005微處處理器+CANN通信控控制器NEC720055CAN通信信控制器器，符合合CANN2.00A/BB由于PCII90552可以以啟動(dòng)局局部總線線的讀寫(xiě)寫(xiě)，CAAN卡不不再需要要微控制制器，采采用CAAN通信信控制器器

13、即可，本本CANN卡采用用SJAA10000.SSJA110000支持BBasiicCAAN和PPeliiCANN模式，具具有FIIFO、支支持熱插插拔等功功能，不不但可以以實(shí)現(xiàn)CCAN總總線接口口功能，而而且芯片片可以根根據(jù)晶振振的頻率率，輸出出可編程程的CLLKOUUT信號(hào)號(hào)，該信信號(hào)正好好可作為為PCII90552的局局部總線線的總線線頻率，節(jié)節(jié)省了器器件，方方便了設(shè)設(shè)計(jì)。CCAN總總線的總總線頻率率可為112MHHz、116MHHz或224MHHz，PPCI990522自動(dòng)實(shí)實(shí)現(xiàn)局部部總線與與PCII總線的的訪問(wèn)同同步。CCAN總總線收發(fā)發(fā)器采用用82CC2500.該芯芯片是CCAN總

14、總線控制制器和物物理總線線的接口口，可以以提供對(duì)對(duì)CANN總線的的差動(dòng)發(fā)發(fā)送和接接受能力力，具有有抗瞬間間干擾、保保護(hù)部的的能力，可可以通過(guò)過(guò)調(diào)整CCAN總總線通訊訊脈沖的的邊沿斜斜率來(lái)降降低射頻頻干擾。由于PCII設(shè)備在在計(jì)算機(jī)機(jī)中的硬硬件資源源是系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)態(tài)分分配的，因因此在設(shè)設(shè)計(jì)出基基本的硬硬件框架架后，要要進(jìn)行PPCI配配置設(shè)計(jì)計(jì)。CAAN卡的的硬件資資源為映映射SJJA10000內(nèi)內(nèi)部寄存存器的內(nèi)內(nèi)存映射射間和一一個(gè)中斷斷源。PPCI990522提供55個(gè)局部部地址空空間，可可以選用用其中的的一個(gè)作作為SJJA10000的的地址空空間，分分配322個(gè)8位位地址。同同時(shí)設(shè)置置相應(yīng)的的初始

15、化化，PCCI配置置寄存器器中的寄寄存器PPCIBBAR22設(shè)置為為0XFFFFFFFFEE0，向向系統(tǒng)請(qǐng)請(qǐng)求分配配內(nèi)存的的數(shù)量為為32，類類型為不不可預(yù)讀讀，其它它寄存器器的值可可設(shè)置為為0。設(shè)設(shè)置局部部地址空空間的范范圍為00X000000000000XX0000000020。PPCI990522提供22個(gè)局部部中斷源源，利用用LINNTi11即可，注注意的是是：LIINTii1信號(hào)號(hào)線沒(méi)有有驅(qū)能力力，SJJA10000的的INTT引腳也也沒(méi)有驅(qū)驅(qū)動(dòng)能力力，因此此該信號(hào)號(hào)線必須須加上拉拉電阻，否否則該信信號(hào)線的的電平不不確定，工工作肯定定不正常常。SJJA10000提提供電平平觸發(fā)中中斷信

16、號(hào)號(hào)，因此此PCII90552的中中斷觸發(fā)發(fā)模式設(shè)設(shè)置為電電平觸發(fā)發(fā)。利用用PCII90552的局局部設(shè)備備片CSS0#作作為SJJA10000的的片選信信號(hào)。CCS0#片選信信號(hào)的起起始地址址和地址址范圍為為CS00 Baase Adddresss寄存存器設(shè)置置，值為為0 x00000000002。另另外，PPCI990522的LRRDYii#信號(hào)號(hào)為局部部總線數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備備信號(hào)，SSJA110000的寄存存器地址址映射成成地址，數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸不存在在延遲等等待，因因此LRRDYii#引腳腳可接地地，表示示SJAA10000的寄寄存器總總是立即即可讀寫(xiě)寫(xiě)。PCCI90052寄寄存器的的初始值值由

17、串行行EEPPROMM提供，在在PCII90552加電電后讀取取。EEEPROOM必須須采用支支持連讀讀功能的的芯片，本本用Miicroochiip的993LCC46BB。用PPCX公公司提供供的開(kāi)發(fā)發(fā)工具PPlxMMon可可對(duì)933LC447B進(jìn)進(jìn)行讀寫(xiě)寫(xiě)。PCI90052的的硬件調(diào)調(diào)試可采采用PllxMoon。利利用它可可以對(duì)PPCI設(shè)設(shè)置的配配置資源源進(jìn)行檢檢驗(yàn)。利利用PLLX提供供的SDDK，可可以對(duì)PPCI990522的局部部寄存器器、局部部總線及及EEPPROMM進(jìn)行讀讀寫(xiě)，這這樣可以以調(diào)試硬硬件。借借助開(kāi)發(fā)發(fā)工具，不不必開(kāi)發(fā)發(fā)PCII設(shè)備的的調(diào)試軟軟件，可可節(jié)省很很多時(shí)間間。同時(shí)

18、時(shí)，SDDK也為為驅(qū)動(dòng)程程序的開(kāi)開(kāi)發(fā)提供供了程序序框架，加加快了開(kāi)開(kāi)發(fā)進(jìn)度度。CAN卡的的電路框框圖如圖圖1所示示。2 軟件設(shè)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)包包括驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序的的設(shè)計(jì)和和COMM組件程程序設(shè)計(jì)計(jì)。由于PCII設(shè)備的的中斷、II/O端端口、映映射內(nèi)存存等資源源都是動(dòng)動(dòng)態(tài)分配配的，必必須編寫(xiě)寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程程序管理理硬件，才才能供用用戶編程程使用。為為了通用用性和兼兼容性，CCAN卡卡驅(qū)動(dòng)程程序的開(kāi)開(kāi)發(fā)采用用支持WWinddowss XPP、Wiindoows220000和Wiindoows998的WWDM驅(qū)驅(qū)動(dòng)程序序。開(kāi)發(fā)發(fā)工具采采用Viisuaal CC+66.0和和Winn20000 DDDK。由由于CAAN卡上上沒(méi)有微微控制器器，因此此對(duì)CAAN總線線端口的的所有操操作都是是由驅(qū)動(dòng)動(dòng)程序來(lái)來(lái)完成的的。這不不僅可以以由計(jì)算算機(jī)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜雜的功能能，例如如，錯(cuò)誤