摘 要：以CAN總線控制器SJA1000為核心，研究PC/104-CAN接口卡應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)。分析CAN總線接口電路，研究編制PC/104-CAN接口卡通信程序的方法，構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)的CAN 總線分布式通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用表明：CAN總線數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、可靠性好、能滿足現(xiàn)場的實(shí)時(shí)性要求。

關(guān)鍵詞：PC/104；CAN總線；SJA1000；現(xiàn)場實(shí)時(shí)性

中圖分類號(hào)：TP302文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004373X(2008)2009802

Application and Research of Interface Card Based on PC/104-CAN Bus

LIU Ming，WEI Wei

(Telecommunication Engineering Institute，Air Force Engineering University，Xi′an，710077，China)

Abstract：In the core of CAN bus controller SJA1000，the application of interface card based on PC/104-CAN bus is studied.The interface circuit of CAN bus and metheds on programming for communication between the PC/104-CAN interface card and units are analysed and researched.A distributed communication network f_or the monitor system is constructed.The result of test shows that the stability and dependability of data transmission is good，and the field′s real-time demand is satisfied.

Keywords：PC/104;CAN bus;SJA1000;field′s real-time

1 引 言

CAN(Controller Area Network)總線是一種有效支持分布控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，采用多主協(xié)議，廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而采用對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼的方法，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制。具有總線仲裁、錯(cuò)誤檢測、自動(dòng)重發(fā)等功能。由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性和實(shí)時(shí)性。

嵌入式PC/104將臺(tái)式PC機(jī)的全部功能重新包裝于一個(gè)格式標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、穩(wěn)定可靠、且符合嵌入式系統(tǒng)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)模塊中，與PC機(jī)兼容。PC/104總線是ISA總線的一種變化形式，其引腳的組成和功能與ISA總線完全相同，而PC/104總線的結(jié)構(gòu)更緊湊，且可堆疊，適應(yīng)于嵌入式系統(tǒng)的需要。PC/104總線和CAN總線之間的轉(zhuǎn)換接口采用PC/104-CAN接口卡。

本項(xiàng)目使用1塊嵌入式PC/104的雙路CAN總線接口卡，CAN控制器采用Philips的獨(dú)立CAN控制器SJA1000芯片，它符合CANBUS2.0B標(biāo)準(zhǔn)，能夠采用查詢和中斷2種方式對(duì)其進(jìn)行訪問。CAN收發(fā)器采用Philips的82C250，可以同時(shí)操作2路CAN接口，提供高達(dá)1 Mb/s的傳輸速度。

2 CAN總線接口分析

應(yīng)用PC/104-CAN接口卡要考慮與嵌入式PC機(jī)的連接以及與CAN物理總線的相連。

CAN控制器通過地址線、數(shù)據(jù)線和控制線與PC/104進(jìn)行連接，如圖1所示。SJA1000芯片的控制線ALE，WR，RD可與PC/104的控制線直接連接。但其地址線和數(shù)據(jù)線是分時(shí)復(fù)用的，不能跟PC/104的地址線、數(shù)據(jù)線直接相連，必須將PC/104的地址線和數(shù)據(jù)線進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)換和隔離，才能與SJA1000的地址/數(shù)據(jù)線連接。

CAN收發(fā)器82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，它能提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。82C250還具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，能增大通信距離(最遠(yuǎn)可達(dá)10 km)，并具有瞬間抗干擾能力。采用高速集成光電耦合器6N137，使總線驅(qū)動(dòng)器與總線控制器分別供電，隔斷了二者的電氣連接，保護(hù)嵌入式PC機(jī)不受地環(huán)流和雷電過壓的影響。

另外，設(shè)計(jì)CAN地址選擇電路，以確保CAN總線節(jié)點(diǎn)在整個(gè)系統(tǒng)中的地址惟一。

3 CAN接口軟件設(shè)計(jì)

首先通過開關(guān)選擇內(nèi)存基地址，通過跳線選擇SJA1000的中斷號(hào)。系統(tǒng)104主板的CPU為486DX，其對(duì)接口板訪問采用內(nèi)存映射方式工作，該方式可以訪問較大的地址空間，便于實(shí)現(xiàn)快速交換數(shù)據(jù)。Intel X86體系的CPU其ISA可以映射的空間為0xC8000～0xEFFFF。使用比較器和地址選擇開關(guān)組成可選端口地址譯碼電路，通過開關(guān)選通內(nèi)存映射基地址(C8000H，C9000H，CA000H，…，EF000H)，以避免與其他器件沖突。接口的INT引腳通過跳線選擇，避免與其他的適配卡沖突。

CAN接口卡的軟件設(shè)計(jì)包括驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)設(shè)計(jì)2部分，其軟件層次如圖2所示。

在Windows98操作系統(tǒng)中，應(yīng)用程序訪問硬件是通過驅(qū)動(dòng)程序來進(jìn)行的，禁止應(yīng)用程序直接訪問硬件。驅(qū)動(dòng)程序是指管理實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸和控制特定物理設(shè)備的程序，它運(yùn)行于操作系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)。為了保證操作系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全，驅(qū)動(dòng)程序必須按一定的規(guī)范來編寫。本項(xiàng)目用的驅(qū)動(dòng)程序主要考慮以下內(nèi)容：設(shè)置端口和中斷號(hào)，設(shè)置CAN卡通信默認(rèn)參數(shù)，CAN卡內(nèi)存分配，映射I/O地址，創(chuàng)建CAN卡事件和數(shù)據(jù)接收事件，初始化中斷等。

動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL是基于Windows的程序模塊，是一組被預(yù)編譯的函數(shù)，由主程序調(diào)用。它包含可執(zhí)行代碼、數(shù)據(jù)、各種資源，擴(kuò)大了庫文件的使用范圍。采用動(dòng)態(tài)鏈接庫的優(yōu)點(diǎn)是減少了EXE文件的大小和節(jié)省了內(nèi)存開銷。動(dòng)態(tài)鏈接庫運(yùn)行在用戶態(tài)，它一方面負(fù)責(zé)與驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，另一方面又被用戶應(yīng)用程序調(diào)用。該項(xiàng)目的應(yīng)用程序采用VC編制的DLL函數(shù)，主要有以下幾個(gè)：復(fù)位CANResetB，正常CANNormalRunB，設(shè)置CANInitB，發(fā)送CANSendB，接收CANReceiveB。

4 CAN應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

CAN控制器SJA1000處在網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，通過對(duì)它的編程，CPU可以設(shè)置它的工作方式，控制它的工作狀態(tài)，與CAN收發(fā)器82C250進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，把應(yīng)用層建立在它的基礎(chǔ)之上。

SJA1000初始化只有在復(fù)位模式下才能進(jìn)行，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、波特率設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)置等。SJA1000在完成初始化后就可以回到工作狀態(tài)進(jìn)行正常的通信任務(wù)。圖3，圖4是主控程序初始化CAN卡流程：

在初始化CAN接口卡基礎(chǔ)上編制發(fā)送和接收應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)中主控(CAN節(jié)點(diǎn))與各個(gè)分機(jī)(CAN節(jié)點(diǎn))的通信問題，實(shí)現(xiàn)主控控制各CAN節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)也可主動(dòng)或從動(dòng)上報(bào)其工作狀態(tài)以及監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測整機(jī)工作狀態(tài)。

5 結(jié) 語

采用PC/104-CAN接口卡很好地解決了主控與各個(gè)分機(jī)(CAN節(jié)點(diǎn))的通信問題。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的CAN總線嵌入式控制監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的可靠性和實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)傳輸速率較高，完全可以滿足整機(jī)控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。該控制系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、電磁兼容性較強(qiáng)。

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作者簡介

劉 明 女，1963年出生，副教授，江蘇徐州人。主要研究方向?yàn)檐娪脤?dǎo)航和計(jì)算機(jī)應(yīng)用。