PCI总线的CAN卡的设计与实现

1、基于PCI总线的CAN卡的设计与实现现场总线CAN（Controller Area Network控制器局域网络）以其高性能、高可靠性及独特的设计，越来越受到人们的重视和青睐，不但在汽车行业中应用广泛，而且在工业控制、机器人、医疗器械、传感器等领域发展迅速。为了扩展CAN总线的功能，与计算机相连，可设计具有CAN接口和PC接口的CAN适配卡，用来收集CAN总线上各个节点的信息，转发给PC机，并可将PC机的命令和数据转发给各个节点以及完成对CAN总线上的用户系统的部分监控和管理工作。PCI总线线是Inntell公司推推出的一一种先进进的高性性能322/644位局部部总线，可可同时支支持多组组外围

2、设设备，不不受制于于处理器器，数据据吞吐量量大（333MHHz总线线频率、332位传传输时峰峰值可高高达1332MBB/s）。目目前PCCI是处处于主流流的计算算机总线线。以往往的CAAN卡一一般都是是基于IISA总总线的，由由于ISSA部传传输速率率低，CCAN卡卡必须增增加中继继控制功功能，才才能够适适应CAAN的高高速传输输，导致致造价高高、体积积大、传传输速率率低，不不利于CCAN总总线的推推广应用用。由于于PCII总线传传输速度度快，而而且支持持热插拔拔、电源源管理等等功能，不不但能满满足CAAN总线线的高速速数据传传输，性性能高、功功能强，而而且体积积小、价价格低、使使用方便便、应

3、用用范围广广。CAN卡的的设计包包括硬件件设计和和软件设设计。1 硬件设设计PCI总线线是一种种独立于于CPUU的局部部总线，不不同于传传统的IISA总总线。由由于PCCI总线线规范定定义了严严格的电电气特性性和时序序要求，开开发难度度比ISSA总线线的开发发难度大大。实现现PCII接口的的方案一一般有两两种：采采用可编编程逻辑辑器件和和专用总总线接口口器件。采采用可编编程逻辑辑器件实实现PCCI接口口的最大大好处是是比较灵灵活，可可把PCCI时序序模块和和功能模模块结合合在一起起，可以以利用的的器件也也比较多多（如AAlteera公公司的CCPLDD器件、XXiliinx公公司的FFPGAA

4、器件等等），还还可以购购买由厂厂家提供供的用VVHDLL、AHHDL等等硬件描描述语言言编制的的PCII核心设设计模块块，但其其设计难难度还是是很高，因因为PCCI总线线对负载载要求、传传输数据据的建立立时间的的要求都都比较苛苛刻，同同时还需需要器件件内部实实现用于于配置的的各类寄寄存器，以以及完成成逻辑校校验、地地址译码码等工作作的寄存存器（大大致需要要150000个个门电路路）。此此外，还还需加入入FIFFO、用用户寄存存器组和和后端设设备接口口等部分分。设计计这种PPCI总总线接口口会导致致将大量量的人力力、物力力投入到到复杂的的逻辑验验证和时时序分析析的工作作上，开开发周期期较长。要要

5、用专用用接口器器件虽然然没有采采用可编编程逻辑辑器件那那么灵活活，但能能够有效效地降低低接口设设计的难难度，缩缩短开发发时间。专专用接口口器件具具有较低低的成本本和很高高的通用用性，能能够优化化数据传传输，提提供配置置空间，具具备用于于突发传传输功能能的片内内FIFFO，提提供扩展展局部总总线等优优点，并并且许多多公司还还提供配配套的开开发工具具（例如如评估板板或驱动动程序开开发软件件），使使用很方方便，开开发周期期短。目目前市场场上常见见的有PPLX、AAMCCC、Cyypreess等等公司的的PCII桥芯片片，各个个型号的的PCII接口芯芯片的大大致特点点如表11所示。表1 各公公司PCC

6、I接口口芯片公 司芯片型号（模模式）芯片功能及及特点价 格开发技术支支持PLXPCI90052（从从）PCCI90054（主主）型号众多，使使用方便便，性能能好较便宜提供快速开开发板RRDK出出售CYPREESSCY7C0094449PVV-ACC（主）内置DPRRAM，有有效降低低系统成成本便宜技术文档TIPCI20031（从从）PCCI12251（主主）与TI的DDSP可可无缝连连接很便宜提供评估模模块AMCCAMCC559200（从）AMCC5933(主)FIFO接接口适合合于设计计数据采采集卡，性性能好较昂贵提供评估板板PCI设备备可分为为主模式式和从模模式。主主模式桥桥芯片可可以进行

7、行DMAA操作，而而从模式式只能接接受读写写操作。根根据PCCI提供供的传输输数据带带宽（最最大1332MBB/s）和和CANN总线（最最大1MMbpss）的要要求，加加上经济济和开发发难度与与周期上上考虑（主主模式桥桥芯片较较昂贵，开开发难度度较大），又又因不需需要DMMA功能能，采用用从模式式桥芯片片足以满满足传输输数据的的需要。此此外，选选择芯片片不仅考考虑性能能和经济济上的要要求，而而且还需需要考虑虑硬件开开发和驱驱动程序序开发的的难易。如如果不提提供足够够的芯片片说明和和应用样样例及开开发工具具，将大大大增加加开发难难度和延延长开周周期。因因此，采采用PLLX公司司的PCCI总线线目

8、标接接口芯片片PCII90552作为为CANN卡中的的PCII接口芯芯片，负负责与计计算机之之间的数数据通信信。PCI90052是是PLXX公司开开发的低低价格PPCI总总线从模模式接口口芯片，低低功耗，符符合PCCI2.1规范范，提供供的局部部总线（LLocaal BBus）可可通过编编程设置置为8/16/32位位的（非非）复用用总线。其其主要特特点有：（1）直接接数据转转换模式式 PCCI90052支支持PCCI到LLocaal BBus的的内存映映射和II/O映映射的突突发读写写。（2）ISSA接口口逻辑 PCII90552支持持通过88/166位内存存映射或或I/OO映射从从PCII到

9、ISSA总线线的单周周期读、写写访问。方方便从IISA向向PCII卡的转转换。（3）中断断产生器器 由LLocaal BBus的的两个中中断信号号可以产产生一个个PCII中断信信号：IINTAA#。（4）局部部总线 PCII90552提供供的局部部总线不不但可编编程，而而且与PPCI总总线的时时钟相互互独立运运行，可可实现异异步操作作，总线线操作自自动实现现时序同同步。两两部分的的异步运运行方便便了高、低低速设备备的兼容容。局部部的运行行时钟频频率范围围0440MHHz、TTTL电电平，可可由PCCI提供供或由用用户自行行提供；PCII的运行行时钟频频率范围围0333MHHz。（5）串行行EE

10、PPROMM 用于于存入PPCI BUSS和Loocall Buus的部部分配置置信息。（6）4个个局部设设备片选选 基址址和地址址范围可可以由串串行EEEPROOM或主主控设备备进行设设置。（7）5个个局部地地址空间间 基址址和地址址范围及及其映射射可以由由串行EEEPRROM或或主控设设备进行行设置。（8）Biig/LLitttle Enddiann模式的的字节交交换 适适合不同同计算机机体系。（9）局部部总线等等待状态态 降了了等待信信号LRRDYii#用于于握手之之外，PPCI990522还有一一个内部部等待产产生器（包包括地址址到数据据周期、数数据到数数据周期期和数据据到地址址周期的

11、的等待）。（10）延延迟读模模式 PPCI990522支持PPCI22.1规规范的延延迟读模模式。（11）FFIFOO PCCI90052包包括一个个64BBytee的写FFIFOO和一个个32BBytee的读FFIFOO，从而而支持预预取模式式、即突突发操作作。（12）PPCI锁锁定机制制 主控控设备可可以通过过锁定信信号占有有对PCCI90052的的唯一访访问权。由于CANN总线的的迅猛发发展，许许多芯片片厂商开开发了很很多系列列的CAAN通信信控制器器芯片。如如表2所所示。表2 主要要CANN总线芯芯片制造商芯片型号芯片功能及及特点Intell8252778XCC1966CA/CBCAN

12、通信信控制器器，符合合CANN2.00B扩展展的8XXC1996+CCAN通通信控制制器，符符合CAAN2.0BPhiliipsSJA10000882C2250PP51XXA-CC3CAN通信信控制器器，符合合CANN2.00B高性性能CAAN总线线收发器器16位位微控制制器+CCAN通通信控制制器，符符合CAAN2.0BMotorrolaa68HC005X44系列68HC005微处处理器+CANN通信控控制器NEC720055CAN通信信控制器器，符合合CANN2.00A/BB由于PCII90552可以以启动局局部总线线的读写写，CAAN卡不不再需要要微控制制器，采采用CAAN通信信控制器器

13、即可，本本CANN卡采用用SJAA10000.SSJA110000支持BBasiicCAAN和PPeliiCANN模式，具具有FIIFO、支支持热插插拔等功功能，不不但可以以实现CCAN总总线接口口功能，而而且芯片片可以根根据晶振振的频率率，输出出可编程程的CLLKOUUT信号号，该信信号正好好可作为为PCII90552的局局部总线线的总线线频率，节节省了器器件，方方便了设设计。CCAN总总线的总总线频率率可为112MHHz、116MHHz或224MHHz，PPCI990522自动实实现局部部总线与与PCII总线的的访问同同步。CCAN总总线收发发器采用用82CC2500.该芯芯片是CCAN总

14、总线控制制器和物物理总线线的接口口，可以以提供对对CANN总线的的差动发发送和接接受能力力，具有有抗瞬间间干扰、保保护部的的能力，可可以通过过调整CCAN总总线通讯讯脉冲的的边沿斜斜率来降降低射频频干扰。由于PCII设备在在计算机机中的硬硬件资源源是系统统动态分分配的，因因此在设设计出基基本的硬硬件框架架后，要要进行PPCI配配置设计计。CAAN卡的的硬件资资源为映映射SJJA10000内内部寄存存器的内内存映射射间和一一个中断断源。PPCI990522提供55个局部部地址空空间，可可以选用用其中的的一个作作为SJJA10000的的地址空空间，分分配322个8位位地址。同同时设置置相应的的初始

15、化化，PCCI配置置寄存器器中的寄寄存器PPCIBBAR22设置为为0XFFFFFFFFEE0，向向系统请请求分配配内存的的数量为为32，类类型为不不可预读读，其它它寄存器器的值可可设置为为0。设设置局部部地址空空间的范范围为00X000000000000XX0000000020。PPCI990522提供22个局部部中断源源，利用用LINNTi11即可，注注意的是是：LIINTii1信号号线没有有驱能力力，SJJA10000的的INTT引脚也也没有驱驱动能力力，因此此该信号号线必须须加上拉拉电阻，否否则该信信号线的的电平不不确定，工工作肯定定不正常常。SJJA10000提提供电平平触发中中断信

16、号号，因此此PCII90552的中中断触发发模式设设置为电电平触发发。利用用PCII90552的局局部设备备片CSS0#作作为SJJA10000的的片选信信号。CCS0#片选信信号的起起始地址址和地址址范围为为CS00 Baase Adddresss寄存存器设置置，值为为0 x00000000002。另另外，PPCI990522的LRRDYii#信号号为局部部总线数数据准备备信号，SSJA110000的寄存存器地址址映射成成地址，数数据传输输不存在在延迟等等待，因因此LRRDYii#引脚脚可接地地，表示示SJAA10000的寄寄存器总总是立即即可读写写。PCCI90052寄寄存器的的初始值值由

17、串行行EEPPROMM提供，在在PCII90552加电电后读取取。EEEPROOM必须须采用支支持连读读功能的的芯片，本本用Miicroochiip的993LCC46BB。用PPCX公公司提供供的开发发工具PPlxMMon可可对933LC447B进进行读写写。PCI90052的的硬件调调试可采采用PllxMoon。利利用它可可以对PPCI设设置的配配置资源源进行检检验。利利用PLLX提供供的SDDK，可可以对PPCI990522的局部部寄存器器、局部部总线及及EEPPROMM进行读读写，这这样可以以调试硬硬件。借借助开发发工具，不不必开发发PCII设备的的调试软软件，可可节省很很多时间间。同时

18、时，SDDK也为为驱动程程序的开开发提供供了程序序框架，加加快了开开发进度度。CAN卡的的电路框框图如图图1所示示。2 软件设设计软件设计包包括驱动动程序的的设计和和COMM组件程程序设计计。由于PCII设备的的中断、II/O端端口、映映射内存存等资源源都是动动态分配配的，必必须编写写驱动程程序管理理硬件，才才能供用用户编程程使用。为为了通用用性和兼兼容性，CCAN卡卡驱动程程序的开开发采用用支持WWinddowss XPP、Wiindoows220000和Wiindoows998的WWDM驱驱动程序序。开发发工具采采用Viisuaal CC+66.0和和Winn20000 DDDK。由由于CAAN卡上上没有微微控制器器，因此此对CAAN总线线端口的的所有操操作都是是由驱动动程序来来完成的的。这不不仅可以以由计算算机来实实现复杂杂的功能能，例如如，错误