基于A(yíng)RM控制器LPC2294的CAN/PCI智能通信卡設計

　　微控制器與PCI9030之間的硬件設計是該通信卡的核心控制部分。本設計采用ALTERA公司的FPGA EPlC6來(lái)實(shí)現微控制器與PCI9030之間的接口。EPlC6是ALTERA公司的一款FPGA芯片，它內部集成了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”，然后將上行數據(CAN節點(diǎn)發(fā)往PC機的數據)和下行數據(PC機發(fā)往CAN節點(diǎn)的數據)通過(guò)該“雙口RAM”緩存轉發(fā)。由于EPlC6擁有豐富的I/O口，故可靈活選擇數據格式(32位/16位/8位)以及傳輸方法，本文采用16位復用傳輸模式。

　　EPlC6還要編程實(shí)現PCI9030與ARM之間的邏輯控制時(shí)序轉換。由于PCI9030與ARM的控制信號不完全一致，所以需要進(jìn)行邏輯控制時(shí)序轉換。同時(shí)，本文PCI9030的局部總線(xiàn)一側采用的是地址/數據復用模式，而ARM控制器采用的是非復用模式，因此也需要EPlC6進(jìn)行模式轉換：在PCI9030的地址周期內可利用LALE將16位地址鎖存到EPlC6內部寄存器，等到PCI9030的數據周期來(lái)臨時(shí)，再與數據一起送到ARM的地址口與數據口上，以方便ARM取用。

　　2 軟件設計

　　2.1 通信卡軟件設計

　　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)現智能數據傳輸路徑選擇。LPC2294是通信卡的控制核心。它集成有4路CAN控制器，每個(gè)CAN控制器都與獨立CAN控制器SJA1000有著(zhù)相似的寄存器結構，它只是對器件寄存器訪(fǎng)問(wèn)由原來(lái)的8bit字節訪(fǎng)問(wèn)轉變?yōu)榱?2 bit的雙字訪(fǎng)問(wèn)。LPC2294可實(shí)現CAN網(wǎng)段與上位機之間的數據傳輸控制(包括上行數據傳輸和下行數據傳輸)以及不同CAN網(wǎng)段間的數據傳輸控制(平行數據傳輸)。

　　LPC2294為所有CAN控制器提供了全局接收標識符查詢(xún)功能。它包含一個(gè)512×32 (2 k字節)的RAM，可通過(guò)軟件處理在RAM中存放1～5個(gè)標識符表格。整個(gè)接收濾波RAM可容納1024個(gè)標準標識符或512個(gè)擴展標識符，或兩種類(lèi)型的混合標識符。由于允許的表格范圍有2 k字節，故能容易地滿(mǎn)足復雜的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)段的標準幀，但本文不采用FullCAN模式。

　　若在EPlC6的“雙口RAM”中設置一個(gè)狀態(tài)與控制寄存器組(SOR)，那么，上位機便可通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)該寄存器組查詢(xún)通信卡的運行狀態(tài)。為了有效管理數據傳輸，防止傳輸過(guò)程中的數據丟失，本設計在A(yíng)RM內部的靜態(tài)RAM區開(kāi)辟了一個(gè)全局數據收發(fā)緩存區(GRTB)，其示意圖如圖4所示。

　　圖4中，對于標準幀來(lái)說(shuō)，它只有11位標識符，因此，圖中的標識符字節3和4保留不用。而幀格式用來(lái)區別此幀是標準幀(0)還是擴展幀(1)。當RTR為1時(shí)，表示此幀是遠程幀。圖中的源段號和目的段號用于表明此幀來(lái)自哪個(gè)網(wǎng)段以及將要送往哪個(gè)網(wǎng)段(此處將上位機也作為其中一段來(lái)處理)。DLC表明傳輸的數據字節數目。

　　2.2 通信卡的運行流程

　　系統上電復位后，系統將首先運行初始化程序。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中加載初始數據以進(jìn)行初始設置，CAN初始化包括設置模式、總線(xiàn)時(shí)序、中斷使能、標識符表格，這些設置均可通過(guò)給CAN芯片的內部寄存器賦值來(lái)實(shí)現。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)人相應的中斷服務(wù)程序。如果是數據傳輸，則轉入數據傳輸子程序，數據傳輸子程序主要包括3個(gè)部分：

　　(1) 下行數據傳輸

　　下行數據傳輸指的是上位機向CAN網(wǎng)段發(fā)送數據。即上位機把數據寫(xiě)入到“雙口RAM”中以等待LPC2294將數據取走。LPC2294將上位機發(fā)來(lái)的數據暫時(shí)存放在全局數據收發(fā)緩存區(GRTB)中，然后檢查匹配的目的段是否有空閑的發(fā)送區(CANSR中的TBS位為1)，若有則將數據分別寫(xiě)入每個(gè)網(wǎng)段的發(fā)送區并發(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) 上行數據傳輸

　　上行數據傳輸指的是CAN網(wǎng)段向上位機發(fā)送數據。當程序檢測到某個(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)程序將到標識符表格中查找匹配的標識符，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(hù)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)明此數據是只傳輸給上位機的，此時(shí)程序會(huì )將接收到的數據信息按上面介紹的格式保存到全局數據收發(fā)緩沖區(GRTB)，以等待LPC2294將其發(fā)送給EPlC6的“雙口RAM”，以便上位機讀取。

　　(3) 平行數據傳輸

　　當出現接收中斷時(shí)，程序也會(huì )到標識符表格中查找匹配的標識符，如果找到一個(gè)以上的匹配值，則說(shuō)明還有其他網(wǎng)段需要這些數據。此時(shí)程序會(huì )將接收到的數據信息讀入到全局數據收發(fā)緩沖區(GRTB)中去，然后把數據發(fā)往匹配網(wǎng)段。

　　在調用相應的數據傳輸子程序后，程序將置標志位并返回。如果是其它一些中斷，則轉入相應的中斷服務(wù)程序。若沒(méi)有中斷產(chǎn)生，則檢查PC機是否有參數配置需要，最后進(jìn)行系統自檢。本系統會(huì )在系統閑暇時(shí)進(jìn)行自檢并上傳狀態(tài)報表，這樣可以使用戶(hù)隨時(shí)了解通信卡的工作情況，對于提高系統的工作可靠性以及出現故障時(shí)的查錯效率具有重要的意義。

　　2.3 上位機程序設計

　　本設計中，上位機軟件設計程序主要包括通信卡底層驅動(dòng)程序和用戶(hù)服務(wù)程序。其設計框圖圖6所示。