基于CAN總線的非智能適配卡設(shè)計(jì)

引言

控制器局域網(wǎng)can (controller area network)是目前被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的少數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線之一。can網(wǎng)絡(luò)可采用多主方式工作。它采用非破壞性的總線仲裁技術(shù)，其信號(hào)傳輸和控制采用短幀結(jié)構(gòu)，因而具有較強(qiáng)的抗干擾能力和低耦合性；cah網(wǎng)絡(luò)的通訊速率范圍為5 kbs／10 km～lmbs／／40m，驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)。它的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇十分靈活；每幀信息都有crc校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，因而數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低，可靠性很高；當(dāng)其傳輸?shù)男畔⒊鲥e(cuò)嚴(yán)重時(shí)，節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)斷開與總線的聯(lián)系，以使總線上其它的操作不受影響。

雖然目前pci、usb等總線技術(shù)得到了快速發(fā)展，但在大量應(yīng)用的測(cè)試微機(jī)及工控機(jī)中，用的最多的還是isa (industry standard architecture．工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線。isa總線具有16位數(shù)據(jù)寬度，最高工作頻率為8mhz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到16mb／s，地址總線有24條，可尋址16mb的地址單元，其總線信號(hào)分為5類，分別為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時(shí)鐘線和電源線。

為了解決can控制器sja1000與isa總線各信號(hào)線的時(shí)序配合與邏輯配合問題，筆者設(shè)計(jì)了一種基于can總線的非智能適配卡。該適配卡已應(yīng)用于筆者研制的"基于can總線的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)"中，運(yùn)行情況良好。

非智能型isa總線can適配卡的總體結(jié)構(gòu)

can控制器sja1000的地址數(shù)據(jù)總線是分時(shí)復(fù)用的，通過ale信號(hào)的下降沿可鎖存總線上的地址信號(hào)；isa總線上的地址和數(shù)據(jù)總線是單獨(dú)提供的，它不能直接和sja1000的地址數(shù)據(jù)總線相連。本設(shè)計(jì)利用地址譯碼電路來對(duì)地址信號(hào)線進(jìn)行譯碼，從而為can適配卡分配出一定的端口地址。然后再利用74hc373芯片的數(shù)據(jù)鎖存功能鎖存第一次i／o操作中通過isa數(shù)據(jù)總線傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)，以便作為訪問can控制器sja1000中寄存器的地址信號(hào)，最后在第二次i／o操作中完成對(duì)sja1000中相應(yīng)地址寄存器的讀寫操作。其適配卡的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

適配卡硬件的設(shè)計(jì)

基地址譯碼電路設(shè)計(jì)

圖2所示是一種具體的基地址譯碼電路。一般情況下，根據(jù)系統(tǒng)需要，地址譯碼電路可對(duì)isa地址線的端口地址譯碼，并可用ao～a9來表示?；刂纷g碼電路對(duì)a9～a2進(jìn)行譯碼，則可作為卡上端口的基地址。

控制信號(hào)產(chǎn)生電路

該適配卡的控制信號(hào)產(chǎn)生電路如圖3所示。該電路的主要作用是把cpu送來的控制線和地址線按照一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行組合，以生成一組新的功能信號(hào)輸出。該信號(hào)可作為接口控制信號(hào)去控制sja1000、74hc373、74hc245等芯片的工作狀態(tài)。由于基地址譯碼電路的輸出信號(hào)為p=q的反(低電平有效)，sja1000地址端口偏移地址為00h，數(shù)據(jù)端口偏移地址為01h，因此，根據(jù)控制邏輯，適配卡中各芯片的控制信號(hào)邏輯表達(dá)式為：

計(jì)算機(jī)通過isa總線對(duì)can控制器sja1000進(jìn)行讀寫的時(shí)序分別如圖4和圖5所示。

適配卡的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分是can通信程序的設(shè)計(jì)。通信程序(流程如圖7、8、9所示)可分為三部分：can初始化程序、接收程序、發(fā)送程序。初始化是通信的前提，主要完成對(duì)can控制器的一些寄存器的設(shè)置。由于sja1000支持中斷操作，因此可以用中斷服務(wù)程序來完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，以提高系統(tǒng)的工作效率。

實(shí)際上，只有在復(fù)位模式下才可以對(duì)sja1000進(jìn)行初始化，初始化主要包括工作方式的設(shè)置、接收濾波方式的設(shè)置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)置等。完成初始化后，即可將sja1000設(shè)置為工作狀態(tài)，以進(jìn)行正常的通信。發(fā)送子程序負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送。發(fā)送時(shí)，讀取狀態(tài)寄存器并對(duì)各位進(jìn)行適當(dāng)判斷，并將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按特定格式組合成一幀報(bào)文，送入sja1000發(fā)送緩存區(qū)中，然后啟動(dòng)sja1000發(fā)送；接收子程序則負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的接收以及其它情況的處理。在處理接收?qǐng)?bào)文的過程中，還要對(duì)總線關(guān)閉、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等情況進(jìn)行處理。

can適配卡與計(jì)算機(jī)可采用中斷方式通信。但在win api中不能直接控制中斷，只有在操作系統(tǒng)底層為can適配卡編寫虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(vxd)才可以利用中斷。這需要在虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中將中斷虛擬化，并在中斷事件響應(yīng)函數(shù)中編寫所需代碼，同時(shí)為應(yīng)用程序提供訪問接口。應(yīng)當(dāng)注意的是：計(jì)算機(jī)通過isa總線對(duì)can適配卡上的sja1000進(jìn)行訪問采用的是兩次i／o操作，第一次往地址端口送地址，第二次對(duì)數(shù)據(jù)端口進(jìn)行訪問。其具體的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

／／向指定的sja1000寄存器(地址為addr)寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)(data)，can_base為基地址

void canirq：：writebyte(int can_base，unsigned char addr，unsigned char data)

{

_outp(can_base，addr)；

_outp(can_base+1，data)；

}
//從指定的sja1000寄存器(地址為addr)讀一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)(data)

unsigned char canirq：：readbyte(int can_base，unsigned char addr)

{

unsigned char result；

_outp(can_base，addr)；

result=_inp(can_base+1)；

return result；

}
在訪問sja1000的程序中，可以直接調(diào)用以上兩子函數(shù)。這樣，其發(fā)送程序段代碼為：

bool canirq：：cantrans(int can_base，unsigned char*ptransbuf)

{

status=readbyte(can_base，sr)； ／／sr為狀態(tài)寄存器地址

for(i=0；i
{

writebyte (can_base,*ptfansbuf，ptbuf；／／ptransbuf為發(fā)送緩沖區(qū)地址

ptbuf++；ptransbuf++；

}

}

結(jié)束語(yǔ)

通過解決計(jì)算機(jī)isa總線與can控制器sja1000的邏輯配合與時(shí)序配合可完成基于can總線的非智能適配卡設(shè)計(jì)。該適配卡現(xiàn)已成功地應(yīng)用于筆者所研制的基于can總線的測(cè)控系統(tǒng)中。實(shí)際上，若在適配卡上增加can通信控制器，也可使一卡帶多條can總線，以增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。另外，還可以在適配卡的應(yīng)用程序中，根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)需要編寫各種監(jiān)控程序來擴(kuò)展系統(tǒng)功能。