基于CAN的大客飛機航電系統局域網(wǎng)通信設計

摘要：提出一種基于CAN總線(xiàn)的大客飛機航電系統局域網(wǎng)通信仿真系統設計方法，探討了CAN總線(xiàn)在航電總線(xiàn)中應用的優(yōu)點(diǎn)及可能性。仿真系統硬件通過(guò)CAN總線(xiàn)通信卡及工控機實(shí)現，軟件通過(guò)模塊化設計方法實(shí)現。通信仿真系統實(shí)現了各子系統相關(guān)數據的傳送、處理，以及相關(guān)信息的實(shí)時(shí)顯示。應用表明，局域網(wǎng)通信系統工作正常、性能良好，能實(shí)現測試設備之間高速率的數據傳輸與轉換，具有良好的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：大客飛機；CAN總線(xiàn)；局域網(wǎng)通信；CAN總線(xiàn)通信卡

0 引言
在大客飛機機載設備中，大量信息在系統與系統、系統與部件之間傳遞。為了讓機載設備之間完成實(shí)時(shí)、準確地通信，盡量減少航電系統電氣連線(xiàn)的復雜性，提高航電系統控制的靈活性，而能與其他子系統進(jìn)行合理通信，必須選用一種合適的總線(xiàn)承擔此任務(wù)。CAN(Controll er Area Network)總線(xiàn)以其獨特的設計思想、優(yōu)良的性能和極高的可靠性，足以完成上述任務(wù)，所以選用CAN總線(xiàn)來(lái)開(kāi)發(fā)航電系統局域網(wǎng)通信仿真系統，這是CAN總線(xiàn)在航空領(lǐng)域應用的一次新的嘗試。
文中采用CAN總線(xiàn)仿真大客飛機航電系統局域網(wǎng)通信，是以CAN總線(xiàn)為傳輸總線(xiàn)，以工控機作為子系統仿真機的通信系統，采用總線(xiàn)型拓撲結構。其目的在于仿真飛機某些子系統的功能、總線(xiàn)通信情況，測試整個(gè)仿真系統的工作情況，重點(diǎn)檢驗系統工作狀態(tài)和邏輯時(shí)序的正確性，為CAN總線(xiàn)在航空領(lǐng)域的應用提供案例。

1 仿真系統的功能
CAN總線(xiàn)通信仿真系統分為六個(gè)子系統，仿真系統需要實(shí)現子系統之間實(shí)時(shí)準確的數據傳輸，根據用戶(hù)需求設置系統的通信參數，如通信速率、通信方式、發(fā)送方式等，顯示系統參數、本機參數、通信參數，實(shí)時(shí)顯示系統接收的最新數據，保存通信記錄。
CAN總線(xiàn)通信仿真系統由硬件和軟件兩部分組成。硬件主要包括PCI_CAN通信接口板、仿真計算機、總線(xiàn)分線(xiàn)盒及CAN總線(xiàn)等，采用總線(xiàn)型拓撲結構。軟件主要任務(wù)是根據相應工作狀態(tài)對數據進(jìn)行傳輸、處理以及顯示。CAN總線(xiàn)通信仿真系統的拓撲結構如圖1所示。

2 仿真系統的硬件設計
CAN總線(xiàn)通信卡是硬件設計的關(guān)鍵部分，主要由CAN總線(xiàn)接口部分、通信控制部分和PCI總線(xiàn)接口部分三大部分組成。電路設計原理框圖如圖2所示。

PCI協(xié)議芯片采用PCI9052，采用64 MB雙口RAM緩存，用復雜可編程邏輯器件CPLD和單片機89C51來(lái)控制數據的讀寫(xiě)，以保證數據的完整性和時(shí)序性；CPLD采用EPM7128；CAN控制器采用SJA1000；收發(fā)器采用82C250；6N137用作光耦隔離。
2．1 CAN總線(xiàn)接口部分
CAN總線(xiàn)通信卡總線(xiàn)接口電路如圖3所示。

CAN總線(xiàn)通信控制部分主要由CAN總線(xiàn)控制器SJA1000、高速光耦6N137和CAN驅動(dòng)器PCA82C250組成。為了增強CAN總線(xiàn)節點(diǎn)的抗干擾能力，CAN控制器SJA1000的通信引腳TX0和RX0并不是直接與PCA82C250的TXD和RXD相連，而是在中間加入一級高速光耦6N137，這樣能很好地實(shí)現總線(xiàn)上各個(gè)CAN節點(diǎn)之問(wèn)的電氣隔離，增強了抗干擾能力。光耦電路用的2個(gè)電源VCC和VDD必須隔離。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊實(shí)現。這雖然增加了接口電路的復雜性，但卻提高了節點(diǎn)的穩定性和安全性。PCA82C250的RS腳上接一個(gè)斜率電阻。電阻大小可以根據總線(xiàn)通信速度適當調整，一般在16～140 kΩ之間。SJA1000的初始化由單片機來(lái)完成，單片機通過(guò)控制SJA1000實(shí)現數據的接收和發(fā)送等通信功能。AD0～AD7連接到單片機的P0口，CS連接到單片機的P2．7口，P2．7為0時(shí)，單片機CPU的片外存儲器地址可選中SJA1000，CPU通過(guò)這些地址可對SJA1000執行相應的讀／寫(xiě)操作。SJA1000的RD，WR，ALE分別與單片機的相應引腳相連，SJA1000的INT接單片機的INT0，單片機也可通過(guò)中斷方式訪(fǎng)問(wèn)SJA1000。