基于PCI總線(xiàn)CAN卡設計與實(shí)現

現場(chǎng)總線(xiàn)CAN(Controller Area Network控制器局域網(wǎng)絡(luò ))以其高性能、高可靠性及獨特的設計，越來(lái)越受到人們的重視和青睞，不但在汽車(chē)行業(yè)中應用廣泛，而且在工業(yè)控制、機器人、醫療器械、傳感器等領(lǐng)域發(fā)展迅速。為了擴展CAN總線(xiàn)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(lái)收集CAN總線(xiàn)上各個(gè)節點(diǎn)的信息，轉發(fā)給PC機，并可將PC機的命令和數據轉發(fā)給各個(gè)節點(diǎn)以及完成對CAN總線(xiàn)上的用戶(hù)系統的部分監控和管理工作。
PCI總線(xiàn)是Intel公司推出的一種先進(jìn)的高性能32/64位局部總線(xiàn)，可同時(shí)支持多組外圍設備，不受制于處理器，數據吞吐量大 (33MHz總線(xiàn)頻率、32位傳輸時(shí)峰值可高達132MB/s)。目前PCI是處于主流的計算機總線(xiàn)。以往的CAN卡一般都是基于ISA總線(xiàn)的，由于ISA總線(xiàn)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(jià)高、體積大、傳輸速率低，不利于CAN總線(xiàn)的推廣應用。由于PCI總線(xiàn)傳輸速度快，而且支持熱插拔、電源管理等功能，不但能滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)的高速數據傳輸，性能高、功能強，而且體積小、價(jià)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(xiàn)是一種獨立于CPU的局部總線(xiàn)，不同于傳統的ISA總線(xiàn)。由于PCI總線(xiàn)規范定義了嚴格的電氣特性和時(shí)序要求，開(kāi)發(fā)難度比ISA總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)難度大。實(shí)現PCI接口的方案一般有兩種：采用可編程邏輯器件和專(zhuān)用總線(xiàn)接口器件。采用可編程邏輯器件實(shí)現PCI接口的最大好處是比較靈活，可把PCI時(shí)序模塊和功能模塊結合在一起，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(mǎi)由廠(chǎng)家提供的用VHDL、AHDL等硬件描述語(yǔ)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(xiàn)對負載要求、傳輸數據的建立時(shí)間的要求都比較苛刻，同時(shí)還需要器件內部實(shí)現用于配置的各類(lèi)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(gè)門(mén)電路)。此外，還需加入FIFO、用戶(hù)寄存器組和后端設備接口等部分。設計這種PCI總線(xiàn)接口會(huì )導致將大量的人力、物力投入到復雜的邏輯驗證和時(shí)序分析的工作上，開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)。采用專(zhuān)用接口器件雖然沒(méi)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(kāi)發(fā)時(shí)間。專(zhuān)用接口器件具有較低的成本和很高的通用性，能夠優(yōu)化數據傳輸，提供配置空間，具備用于突發(fā)傳輸功能的片內FIFO，提供擴展局部總線(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，并且許多公司還提供配套的開(kāi)發(fā)工具例如評估板或驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)軟件，使用很方便，開(kāi)發(fā)周期短。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的有PLX、AMCC、Cypress等公司的PCI橋芯片，各個(gè)型號的PCI接口芯片的大致特點(diǎn)如表1所示