摘 要：論述一種新型的CAN總線PC適配器的設(shè)計原理和實現(xiàn)方法。以美國TI公司的TMS320LF2407DSP(數(shù)字信號處理器)為核心，該適配器基于PCI總線，具有獨立與PC自主運行的功能。解決PC機處理數(shù)據(jù)響應(yīng)速度慢以及外圍CAN節(jié)點數(shù)據(jù)整體同步時效性差的問題，提高CAN適配器的可靠性和實時性，并給出一個應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞：TMS320LF2407;CAN總線;PCI總線;適配器

中圖分類號：TP273文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)08-047-02

Design of PCI Bus CAN Adaptor Based on DSP

GUAN Hongliang1，ZHANG Jinzhu2，DU Dongli2

(1.Jilin Railway Vocational Technology College，Jilin，132001，China;2.Shandong Transport Vocational College，Weifang，261206，China)[HJ1*5]

Abstract： The design theory and implement method of one new CAN bus PC adapter are discussed in this paper，based on TMS320LF2407DSP of TI Company USA.Based on PCI bus，this adapter can run on its own not dependent on PC.And several questions are solved，such as low response speed and poor wholely synchronous timeliness of peripheral CAN nodes，the reliability and realtime of CAN adapter is improved，a practical application is given.

Keywords：TMS320LF2407;CAN bus;PCI bus;adapter

1 引 言

CAN總線是一種開放式、數(shù)字化、多點通信的串行總線，是一種具有較高性價比、能滿足分布式控制要求的現(xiàn)場總線，在控制領(lǐng)域得到廣泛采用。CAN的速率可達到1 Mb/s/40 M，最大傳輸距離可達10 km/5 kb/s\\[1\\]。為了擴展CAN總線的監(jiān)控、管理功能，需要一種實時、可靠的CAN總線PC適配器，實現(xiàn)對CAN總線監(jiān)視、控制和操作。本文利用TMS320LF2407芯片自帶CAN模塊，設(shè)計成CAN的一個特殊節(jié)點。使其即能通過PCI接口同PC機進行數(shù)據(jù)交換，又能獨立與PC機自主運行。

2 適配器的硬件設(shè)計

2.1 CAN接口實現(xiàn)

以往CAN總線適配器多數(shù)采用Intel82527、Philips公司的SJA100等芯片來完成CAN通信控制。本文利用TMS320LF2407內(nèi)嵌的CAN模塊作為CAN通訊控制器，該模塊是一個16位的外設(shè)模塊。他完全支持CAN 2.0B協(xié)議，可工作在標準模式和擴展模式，支持數(shù)據(jù)幀和遠程幀，數(shù)據(jù)收發(fā)采用郵箱方式；有可編程位定時器，可對中斷配置編程，可編程實現(xiàn)總線喚醒功能；能自動回復(fù)遠程請求，有完備的錯誤診斷功能；可進行自測試，有自動收發(fā)功能\\[2\\]。PCA82C250是驅(qū)動CAN控制器和物理總線間的接口芯片，與DSP2407的CAN模塊相連，完成DSP對CAN總線的差動發(fā)送和接收功能。

2.2 PCI接口實現(xiàn)

采用H.X公司的PCI9052實現(xiàn)PCI總線接口功能，PCI9052可與多種局部總線相連接，并且可支持相對慢的局部總線，在PCI總線上達到突發(fā)傳輸速率132 m/s。PCI9052擁有讀寫FIFO，32位的字寬，33 M的PCI總線時鐘頻率。主要功能與特性如下：

(1) 符合PCI2.1規(guī)范的目標，接口芯片支持低成本從屬適配器；

(2) 支持非復(fù)用或多路復(fù)用8位、16位、32位局部總線；

(3) 串行E2PROM用于裝載配置信息；

(4) 具有5個局部地址空間和4個局部地址空間的片選信號；

(5) 支持局域總線與PCI時鐘的異步運行。

2.3 總體設(shè)計思想\\[3\\]

適配器采用存儲器共享的方式實現(xiàn)DSP與PC的數(shù)據(jù)交換。其中共享存儲器選用集成雙口RAM IDT7130。IDT7130容量為1 kb，其左口連接DSP2407，右口連接PCI9052，使用存儲器尋址方式。同時，對IDT7130 2個端口的仲裁采用的是中斷線的方式。片上的DSP和PC機通過互發(fā)中斷來讀取IDT7130的數(shù)據(jù)。這樣使IDT7130成為上位機和DSP的數(shù)據(jù)交換中介，DSP能夠?qū)崟r處理從上位機傳來的命令和數(shù)據(jù)，同時把各個CAN節(jié)點的信息傳給上位機。利用一塊串行E2PROM(93C46B)存放適配器的PCI配置信息。上電后訪問93C46B，實現(xiàn)本適配器的自動配置。Altera公司的EPM7064S完成地址譯碼和邏輯控制。適配器原理圖如圖1所示：

圖1 PCI總線CAN適配器原理圖

2.4 電源、地及噪聲的處理

在本設(shè)計中對電源的處理首先將模擬部分的電源和數(shù)字電路部分的電源進行隔離，即分別供電。模擬電路部分的 5 V電源分別取自PCI總線上的 12 V電源，經(jīng)線性穩(wěn)壓后，再經(jīng)去耦、濾波后引至專門設(shè)計的模擬電源平面。數(shù)字部分的5 V電源直接取自PCI總線上的5 V電源。數(shù)字部分的3.3 V電源亦取自PCI總線上的5 V電源，經(jīng)穩(wěn)壓后得到。在PCB的層結(jié)構(gòu)設(shè)計中也充分考慮到盡可能地保留完整、大而積的電源平面層。適配器的“地”事實上分為模擬地和數(shù)字地2部分。這2部分最終在電源平面入口處相連。使得模擬地相對干凈。從而減少疊加到信號上的噪聲，有利于提高信噪比。

3 適配器的硬件設(shè)計

適配器的硬件設(shè)計主要包括2部分：PCI適配器驅(qū)動軟件部分和DSP數(shù)據(jù)采集處理軟件部分。

3.1 PCI適配器驅(qū)動程序設(shè)計

由于PCI設(shè)備的中斷，1/0端口、映射內(nèi)存等資源都是動態(tài)分配的，必須編寫驅(qū)動程序管理硬件，才能供用戶編程使用。考慮到適配器的通用性和兼容性，驅(qū)動程序的開發(fā)采用支持Windows XP，Windows 2000，Windows 98的WDM驅(qū)動程序。開發(fā)工具采用Visual C++6.0。WDM(WindowsDriver Model)是NT4.0內(nèi)核模式設(shè)備驅(qū)動程序模型的擴展形式，是為基于Windows 2000的設(shè)備驅(qū)動程序提供的一種新的開發(fā)模型\\[4\\]。本設(shè)計使用開發(fā)工具WINDRIVER大大簡化驅(qū)動程序的開發(fā)。通過DiverWizard開發(fā)者很容易生成驅(qū)動程序框架，同時，WINDRIVER和VC有很好的接口。生成驅(qū)動框架后在VC中就可以通過在工程項目中加入9052_lib.c，在應(yīng)用程序開頭直接引用#include\"9052lib.h\"，并0添加特定的驅(qū)動代碼完成驅(qū)動程序的編寫。下面是驅(qū)動程序主函數(shù)的部分代碼:



if(!PCI-Get WD_handle(hWD))return 0;

WD_Close(hWD);[JY]//確定驅(qū)動是否裝

hMy9052=PMy9052_LocateAndOpenBoard(Ox10b5，0x9050，fUseInt);[JY]//打開9052設(shè)備

PMy9052_ADDR ad_sp=P9052_ADDR_SPACE0;

ad_sp=*PMy9052_GetAddrRangeName(PMy9052_ADDRad-drSpace);[JY]//得到有效的映射空間

data=MYDIVER_ReadByte(hMYDIVER，adsp，Offset);[JY]//讀特定存儲位置的值

MYDIVER_WriteByte(hMYD1VER，ad_sp，Offset，data);[JY]//data值寫入存儲空間

…[JY]//數(shù)據(jù)處理

WD_close (hWD);[JY]//結(jié)束

3.2 PCI適配器驅(qū)動程序設(shè)計

固化在DSP中的應(yīng)用軟件是整個系統(tǒng)實時運行的支撐軟件。主體程序采用ASIC C語言編寫。他主要完成以下功能:

(1) 環(huán)境初始化；

(2) 從CAN總線接受數(shù)據(jù)；

(3) 從RAM中讀數(shù)；

(4) 系統(tǒng)的控制程序；

(5) 向CAN總線發(fā)送任務(wù)包；

(6) 向PC上傳數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)的控制程序根據(jù)用戶系統(tǒng)的需求自主來開發(fā)。由于DSP2047是16位單片機有較強的運算能力和實時控制功能。他要處理所有的CAN數(shù)據(jù)包的解釋，而且能夠滿足分布實時控制的現(xiàn)場總線要求。在實際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)下層的控制器向PC機的傳遞數(shù)據(jù)量遠大于PC機下傳的數(shù)據(jù)量，因此在數(shù)據(jù)編碼時將控制信息、采樣數(shù)據(jù)編號信息和控制量、采集量均加載在數(shù)據(jù)字節(jié)里。由此CAN總線通訊協(xié)議的形式為:\"ID號+數(shù)據(jù)+校驗”，其中ID號為各DSP采集器編號采用11位標識符的前4位。為了保證通訊的可靠性，在數(shù)據(jù)接受后，都由一個返回幀，以表示確認，其校驗位為發(fā)送端的固定代碼。DSP上傳實時采集數(shù)據(jù)的發(fā)送采用定時查詢的方式，查詢采樣是否結(jié)束并且進行了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，立即將數(shù)據(jù)通過CAN控制裝載并發(fā)送到CAN總線上?；玖鞒倘鐖D2所示。

圖2 DSP2407程序流程圖

4 應(yīng)用實例

應(yīng)用該CAN通訊適配器對實驗室3臺交流異步電機進行監(jiān)控。系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖3所示。在通信時，CAN總線設(shè)為多主結(jié)構(gòu)。PCICAN轉(zhuǎn)換卡地址是1，電機A、電機B、電機C的地址分別為2，3，4。變頻器控制電機A以v0速度左右10%的額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)線性變化，同時CAN收發(fā)器1發(fā)送電機A轉(zhuǎn)速的數(shù)字量至CAN卡。CAN卡同步實時發(fā)送信號至CAN收發(fā)器2，3，調(diào)節(jié)電機B，C使其分別以速度1.1v0，1.2v0工作。CAN卡同時分別采集每個電機速度發(fā)送至PC機，以便人機監(jiān)控調(diào)整。系統(tǒng)的人機界而是基于Windows平臺用VC++6.0語言開發(fā)，DSP內(nèi)部程序用ASIC C語言編寫.實際運行控制結(jié)果表明該系統(tǒng)工作可靠、電機調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快。

圖3 系統(tǒng)構(gòu)成原理圖[LL]

5 結(jié) 語

本文設(shè)計的CAN總線適配器實用性強，并具有良好的可擴展性。在WIN2000系統(tǒng)下經(jīng)過長時間的運行測試，運行穩(wěn)定可靠。他可以適應(yīng)不同的傳輸速率和距離，有效保證工業(yè)控制系統(tǒng)的實時性。DSP芯片一方面對CAN總線各控制節(jié)點的參數(shù)進行高速運算處理，另一方面通過PCI總線進行人機數(shù)據(jù)交互，起到一種CAN總線中主控節(jié)點的作用。

參 考 文 獻

［1］鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計［M］.北京：航空航天大學(xué)出版社，1996.

［2］劉和平，嚴利平，張學(xué)峰，等.TMS320L F240x DSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［3］柳泉.基于PCI總線的CAN卡的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2002(12):2830.

［4］Chris Cant.Windows WDM設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)指南［M］.孫義，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

作者簡介 關(guān)洪亮 男，1974年出生，吉林省吉林市人。主要從事智能信息處理和智能控制技術(shù)等方面的研究工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文