基于ARM控制器LPC2294的CAN/PCI智能通信卡設(shè)計(jì)

若在EPlC6的“雙口RAM”中設(shè)置一個(gè)狀態(tài)與控制寄存器組(SOR)，那么，上位機(jī)便可通過訪問該寄存器組查詢通信卡的運(yùn)行狀態(tài)。為了有效管理數(shù)據(jù)傳輸，防止傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟失，本設(shè)計(jì)在ARM內(nèi)部的靜態(tài)RAM區(qū)開辟了一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)緩存區(qū)(GRTB)，其示意圖如圖4所示。

圖4中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)幀來說，它只有11位標(biāo)識(shí)符，因此，圖中的標(biāo)識(shí)符字節(jié)3和4保留不用。而幀格式用來區(qū)別此幀是標(biāo)準(zhǔn)幀(0)還是擴(kuò)展幀(1)。當(dāng)RTR為1時(shí)，表示此幀是遠(yuǎn)程幀。圖中的源段號(hào)和目的段號(hào)用于表明此幀來自哪個(gè)網(wǎng)段以及將要送往哪個(gè)網(wǎng)段(此處將上位機(jī)也作為其中一段來處理)。DLC表明傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目。

2.2 通信卡的運(yùn)行流程

系統(tǒng)上電復(fù)位后，系統(tǒng)將首先運(yùn)行初始化程序。LPC2294的初始化主要是初始化全局接收和發(fā)送緩沖區(qū)以及清除狀態(tài)寄存器中的值等；PCI9030的初始化主要是從EEPROM中加載初始數(shù)據(jù)以進(jìn)行初始設(shè)置，CAN初始化包括設(shè)置模式、總線時(shí)序、中斷使能、標(biāo)識(shí)符表格，這些設(shè)置均可通過給CAN芯片的內(nèi)部寄存器賦值來實(shí)現(xiàn)。初始化成功之后，通信卡將進(jìn)行自檢，并在確定啟動(dòng)正常之后進(jìn)入工作狀態(tài)。這一部分的程序流程圖如圖5的A部分所示。

系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)后(圖5中的B部分)將等待中斷產(chǎn)生，如有，則進(jìn)人相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。如果是數(shù)據(jù)傳輸，則轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)傳輸子程序，數(shù)據(jù)傳輸子程序主要包括3個(gè)部分：

(1) 下行數(shù)據(jù)傳輸

下行數(shù)據(jù)傳輸指的是上位機(jī)向CAN網(wǎng)段發(fā)送數(shù)據(jù)。即上位機(jī)把數(shù)據(jù)寫入到“雙口RAM”中以等待LPC2294將數(shù)據(jù)取走。LPC2294將上位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放在全局?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)緩存區(qū)(GRTB)中，然后檢查匹配的目的段是否有空閑的發(fā)送區(qū)(CANSR中的TBS位為1)，若有則將數(shù)據(jù)分別寫入每個(gè)網(wǎng)段的發(fā)送區(qū)并發(fā)送。如果匹配網(wǎng)段的3個(gè)發(fā)送緩沖器全為忙，則循環(huán)等待，直到有一個(gè)以上的發(fā)送緩沖器為空再進(jìn)行發(fā)送。

(2) 上行數(shù)據(jù)傳輸

上行數(shù)據(jù)傳輸指的是CAN網(wǎng)段向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)程序檢測(cè)到某個(gè)網(wǎng)段X的CAN中斷／捕獲寄存器(CANICR)中的接收中斷位(RI)置位后，它將進(jìn)入接收中斷服務(wù)程序。此時(shí)程序?qū)⒌綐?biāo)識(shí)符表格中查找匹配的標(biāo)識(shí)符，CAN控制器會(huì)在接收時(shí)自動(dòng)搜索接收濾波器的RAM中的表格并進(jìn)行匹配，只要找到匹配值則產(chǎn)生接收中斷并通知用戶保留信息，否則自動(dòng)放棄這一幀信息而不產(chǎn)生接收中斷，如果它只找到一個(gè)匹配值(源網(wǎng)段中)，則說明此數(shù)據(jù)是只傳輸給上位機(jī)的，此時(shí)程序會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)信息按上面介紹的格式保存到全局?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)緩沖區(qū)(GRTB)，以等待LPC2294將其發(fā)送給EPlC6的“雙口RAM”，以便上位機(jī)讀取。

(3) 平行數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)出現(xiàn)接收中斷時(shí)，程序也會(huì)到標(biāo)識(shí)符表格中查找匹配的標(biāo)識(shí)符，如果找到一個(gè)以上的匹配值，則說明還有其他網(wǎng)段需要這些數(shù)據(jù)。此時(shí)程序會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)信息讀入到全局?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)緩沖區(qū)(GRTB)中去，然后把數(shù)據(jù)發(fā)往匹配網(wǎng)段。

在調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸子程序后，程序?qū)⒅脴?biāo)志位并返回。如果是其它一些中斷，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。若沒有中斷產(chǎn)生，則檢查PC機(jī)是否有參數(shù)配置需要，最后進(jìn)行系統(tǒng)自檢。本系統(tǒng)會(huì)在系統(tǒng)閑暇時(shí)進(jìn)行自檢并上傳狀態(tài)報(bào)表，這樣可以使用戶隨時(shí)了解通信卡的工作情況，對(duì)于提高系統(tǒng)的工作可靠性以及出現(xiàn)故障時(shí)的查錯(cuò)效率具有重要的意義。

2.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)程序主要包括通信卡底層驅(qū)動(dòng)程序和用戶服務(wù)程序。其設(shè)計(jì)框圖圖6所示。

通信卡底層驅(qū)動(dòng)程序的功能主要是配置CAN總線接口、收發(fā)CAN總線上的數(shù)據(jù)、對(duì)CAN總線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、執(zhí)行用戶程序的收發(fā)命令等。CAN總線和PCI總線錯(cuò)誤均采用中斷處理，并通過事件(Event)內(nèi)核對(duì)象直接通知給用戶程序。

PCI的用戶服務(wù)程序則通過PCI通信程序與系統(tǒng)PCIDI (PCI device interface)進(jìn)行通信，并由系統(tǒng)完成PCI協(xié)議的處理與數(shù)據(jù)傳輸。用戶可以在設(shè)計(jì)好的上位機(jī)界面上方便的設(shè)定節(jié)點(diǎn)參數(shù)，查詢節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的CAN／PCI智能通信卡采用功能強(qiáng)大的ARM芯片LPC2294作為核心控制芯片，因此，該通信卡能夠同時(shí)處理4路CAN總線向上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于CAN網(wǎng)段之間的通信需求，本通信卡也能夠很好地滿足，并可使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的CAN網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)更為簡(jiǎn)單。