基于PCI總線CAN卡設計與實現(xiàn)

現(xiàn)場總線CAN(Controller Area Network控制器局域網(wǎng)絡)以其高性能、高可靠性及獨特的設計，越來越受到人們的重視和青睞，不但在汽車行業(yè)中應用廣泛，而且在工業(yè)控制、機器人、醫(yī)療器械、傳感器等領域發(fā)展迅速。為了擴展CAN總線的功能，與計算機相連，可設計具有CAN接口和PC接口的CAN適配卡，用來收集CAN總線上各個節(jié)點的信息，轉(zhuǎn)發(fā)給PC機，并可將PC機的命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給各個節(jié)點以及完成對CAN總線上的用戶系統(tǒng)的部分監(jiān)控和管理工作。
PCI總線是Intel公司推出的一種先進的高性能32/64位局部總線，可同時支持多組外圍設備，不受制于處理器，數(shù)據(jù)吞吐量大 (33MHz總線頻率、32位傳輸時峰值可高達132MB/s)。目前PCI是處于主流的計算機總線。以往的CAN卡一般都是基于ISA總線的，由于ISA總線傳輸速率低，CAN卡必須增加中繼控制功能，才能夠適應CAN的高速傳輸，導致造價高、體積大、傳輸速率低，不利于CAN總線的推廣應用。由于PCI總線傳輸速度快，而且支持熱插拔、電源管理等功能，不但能滿足CAN總線的高速數(shù)據(jù)傳輸，性能高、功能強，而且體積小、價格低、使用方便、應用范圍廣。
CAN卡的設計包括硬件設計和軟件設計。

1 硬件設計
PCI總線是一種獨立于CPU的局部總線，不同于傳統(tǒng)的ISA總線。由于PCI總線規(guī)范定義了嚴格的電氣特性和時序要求，開發(fā)難度比ISA總線的開發(fā)難度大。實現(xiàn)PCI接口的方案一般有兩種：采用可編程邏輯器件和專用總線接口器件。采用可編程邏輯器件實現(xiàn)PCI接口的最大好處是比較靈活，可把PCI時序模塊和功能模塊結(jié)合在一起，可以利用的器件也比較多(如Altera公司的CPLD器件、Xilinx公司的FPGA器件等)，還可以購買由廠家提供的用VHDL、AHDL等硬件描述語言編制的PCI核心設計模塊，但其設計難度還是很高，因為PCI總線對負載要求、傳輸數(shù)據(jù)的建立時間的要求都比較苛刻，同時還需要器件內(nèi)部實現(xiàn)用于配置的各類寄存器，以及完成邏輯校驗、地址譯碼等工作的寄存器(大致需要15000個門電路)。此外，還需加入FIFO、用戶寄存器組和后端設備接口等部分。設計這種PCI總線接口會導致將大量的人力、物力投入到復雜的邏輯驗證和時序分析的工作上，開發(fā)周期較長。采用專用接口器件雖然沒有采用可編程邏輯器件那么靈活，但能夠有效地降低接口設計的難度，縮短開發(fā)時間。專用接口器件具有較低的成本和很高的通用性，能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸，提供配置空間，具備用于突發(fā)傳輸功能的片內(nèi)FIFO，提供擴展局部總線等優(yōu)點，并且許多公司還提供配套的開發(fā)工具例如評估板或驅(qū)動程序開發(fā)軟件，使用很方便，開發(fā)周期短。目前市場上常見的有PLX、AMCC、Cypress等公司的PCI橋芯片，各個型號的PCI接口芯片的大致特點如表1所示