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

　　微控制器與PCI9030之間的硬件設(shè)計(jì)是該通信卡的核心控制部分。本設(shè)計(jì)采用ALTERA公司的FPGA EPlC6來(lái)實(shí)現(xiàn)微控制器與PCI9030之間的接口。EPlC6是ALTERA公司的一款FPGA芯片，它內(nèi)部集成了20塊128×36 bits的RAM模塊，可以方便地將它編程為所需要的“雙口RAM”，然后將上行數(shù)據(jù)(CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)往PC機(jī)的數(shù)據(jù))和下行數(shù)據(jù)(PC機(jī)發(fā)往CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù))通過(guò)該“雙口RAM”緩存轉(zhuǎn)發(fā)。由于EPlC6擁有豐富的I/O口，故可靈活選擇數(shù)據(jù)格式(32位/16位/8位)以及傳輸方法，本文采用16位復(fù)用傳輸模式。

　　EPlC6還要編程實(shí)現(xiàn)PCI9030與ARM之間的邏輯控制時(shí)序轉(zhuǎn)換。由于PCI9030與ARM的控制信號(hào)不完全一致，所以需要進(jìn)行邏輯控制時(shí)序轉(zhuǎn)換。同時(shí)，本文PCI9030的局部總線一側(cè)采用的是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用模式，而ARM控制器采用的是非復(fù)用模式，因此也需要EPlC6進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換：在PCI9030的地址周期內(nèi)可利用LALE將16位地址鎖存到EPlC6內(nèi)部寄存器，等到PCI9030的數(shù)據(jù)周期來(lái)臨時(shí)，再與數(shù)據(jù)一起送到ARM的地址口與數(shù)據(jù)口上，以方便ARM取用。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 通信卡軟件設(shè)計(jì)

　　通信卡上的軟件主要指的是ARM控制器上的軟件程序。本文選用ARM控制器LPC2294來(lái)實(shí)現(xiàn)智能數(shù)據(jù)傳輸路徑選擇。LPC2294是通信卡的控制核心。它集成有4路CAN控制器，每個(gè)CAN控制器都與獨(dú)立CAN控制器SJA1000有著相似的寄存器結(jié)構(gòu)，它只是對(duì)器件寄存器訪問(wèn)由原來(lái)的8bit字節(jié)訪問(wèn)轉(zhuǎn)變?yōu)榱?2 bit的雙字訪問(wèn)。LPC2294可實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)段與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸控制(包括上行數(shù)據(jù)傳輸和下行數(shù)據(jù)傳輸)以及不同CAN網(wǎng)段間的數(shù)據(jù)傳輸控制(平行數(shù)據(jù)傳輸)。

　　LPC2294為所有CAN控制器提供了全局接收標(biāo)識(shí)符查詢功能。它包含一個(gè)512×32 (2 k字節(jié))的RAM，可通過(guò)軟件處理在RAM中存放1～5個(gè)標(biāo)識(shí)符表格。整個(gè)接收濾波RAM可容納1024個(gè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符或512個(gè)擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符，或兩種類型的混合標(biāo)識(shí)符。由于允許的表格范圍有2 k字節(jié)，故能容易地滿足復(fù)雜的ID接收過(guò)濾要求。LPC2294在FullCAN模式下能自動(dòng)接收并選定網(wǎng)段的標(biāo)準(zhǔn)幀，但本文不采用FullCAN模式。

　　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(guò)訪問(wèn)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(guò)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(kāi)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(lái)說(shuō)，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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)給CAN芯片的內(nèi)部寄存器賦值來(lái)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(xiě)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(lái)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(xiě)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(shuō)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(shuō)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(méi)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。