ＰＣ／１０４－ＣＡＮ總線接口卡應用研究

摘 要：以CAN總線控制器SJA1000為核心，研究PC/104-CAN接口卡應用的各個環節。分析CAN總線接口電路，研究編制PC/104-CAN接口卡通信程序的方法，構建監控系統的CAN 總線分布式通信網絡。應用表明：CAN總線數據傳輸穩定、可靠性好、能滿足現場的實時性要求。

關鍵詞：PC/104；CAN總線；SJA1000；現場實時性

中圖分類號：TP302文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2008)2009802

Application and Research of Interface Card Based on PC/104-CAN Bus

LIU Ming，WEI Wei

(Telecommunication Engineering Institute，Air Force Engineering University，Xi′an，710077，China)

Abstract：In the core of CAN bus controller SJA1000，the application of interface card based on PC/104-CAN bus is studied.The interface circuit of CAN bus and metheds on programming for communication between the PC/104-CAN interface card and units are analysed and researched.A distributed communication network f_or the monitor system is constructed.The result of test shows that the stability and dependability of data transmission is good，and the field′s real-time demand is satisfied.

Keywords：PC/104;CAN bus;SJA1000;field′s real-time

1 引 言

CAN(Controller Area Network)總線是一種有效支持分布控制或實時控制的串行通信網絡，采用多主協議，廢除了傳統的站地址編碼，而采用對通信數據塊進行編碼的方法，使網絡內節點個數在理論上不受限制。具有總線仲裁、錯誤檢測、自動重發等功能。由于采用了許多新技術及獨特的設計，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數據通信具有突出的可靠性和實時性。

嵌入式PC/104將臺式PC機的全部功能重新包裝于一個格式標準統一、穩定可靠、且符合嵌入式系統尺寸的標準模塊中，與PC機兼容。PC/104總線是ISA總線的一種變化形式，其引腳的組成和功能與ISA總線完全相同，而PC/104總線的結構更緊湊，且可堆疊，適應于嵌入式系統的需要。PC/104總線和CAN總線之間的轉換接口采用PC/104-CAN接口卡。

本項目使用1塊嵌入式PC/104的雙路CAN總線接口卡，CAN控制器采用Philips的獨立CAN控制器SJA1000芯片，它符合CANBUS2.0B標準，能夠采用查詢和中斷2種方式對其進行訪問。CAN收發器采用Philips的82C250，可以同時操作2路CAN接口，提供高達1 Mb/s的傳輸速度。

2 CAN總線接口分析

應用PC/104-CAN接口卡要考慮與嵌入式PC機的連接以及與CAN物理總線的相連。

CAN控制器通過地址線、數據線和控制線與PC/104進行連接，如圖1所示。SJA1000芯片的控制線ALE，WR，RD可與PC/104的控制線直接連接。但其地址線和數據線是分時復用的，不能跟PC/104的地址線、數據線直接相連，必須將PC/104的地址線和數據線進行正確的轉換和隔離，才能與SJA1000的地址/數據線連接。

CAN收發器82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，它能提供對總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力。82C250還具有很強的驅動能力，能增大通信距離(最遠可達10 km)，并具有瞬間抗干擾能力。采用高速集成光電耦合器6N137，使總線驅動器與總線控制器分別供電，隔斷了二者的電氣連接，保護嵌入式PC機不受地環流和雷電過壓的影響。

另外，設計CAN地址選擇電路，以確保CAN總線節點在整個系統中的地址惟一。

3 CAN接口軟件設計

首先通過開關選擇內存基地址，通過跳線選擇SJA1000的中斷號。系統104主板的CPU為486DX，其對接口板訪問采用內存映射方式工作，該方式可以訪問較大的地址空間，便于實現快速交換數據。Intel X86體系的CPU其ISA可以映射的空間為0xC8000～0xEFFFF。使用比較器和地址選擇開關組成可選端口地址譯碼電路，通過開關選通內存映射基地址(C8000H，C9000H，CA000H，…，EF000H)，以避免與其他器件沖突。接口的INT引腳通過跳線選擇，避免與其他的適配卡沖突。

CAN接口卡的軟件設計包括驅動程序設計和動態鏈接庫(DLL)設計2部分，其軟件層次如圖2所示。

在Windows98操作系統中，應用程序訪問硬件是通過驅動程序來進行的，禁止應用程序直接訪問硬件。驅動程序是指管理實際數據傳輸和控制特定物理設備的程序，它運行于操作系統的內核態。為了保證操作系統的穩定和安全，驅動程序必須按一定的規范來編寫。本項目用的驅動程序主要考慮以下內容：設置端口和中斷號，設置CAN卡通信默認參數，CAN卡內存分配，映射I/O地址，創建CAN卡事件和數據接收事件，初始化中斷等。

動態鏈接庫DLL是基于Windows的程序模塊，是一組被預編譯的函數，由主程序調用。它包含可執行代碼、數據、各種資源，擴大了庫文件的使用范圍。采用動態鏈接庫的優點是減少了EXE文件的大小和節省了內存開銷。動態鏈接庫運行在用戶態，它一方面負責與驅動程序進行數據通信，另一方面又被用戶應用程序調用。該項目的應用程序采用VC編制的DLL函數，主要有以下幾個：復位CANResetB，正常CANNormalRunB，設置CANInitB，發送CANSendB，接收CANReceiveB。

4 CAN應用程序設計

CAN控制器SJA1000處在網絡層次結構中的數據鏈路層和物理層，通過對它的編程，CPU可以設置它的工作方式，控制它的工作狀態，與CAN收發器82C250進行數據的接收和發送，把應用層建立在它的基礎之上。

SJA1000初始化只有在復位模式下才能進行，初始化主要包括工作方式的設置、接收濾波方式的設置、接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設置、波特率設置和中斷允許寄存器的設置等。SJA1000在完成初始化后就可以回到工作狀態進行正常的通信任務。圖3，圖4是主控程序初始化CAN卡流程：

在初始化CAN接口卡基礎上編制發送和接收應用程序，可以實現CAN網絡中主控(CAN節點)與各個分機(CAN節點)的通信問題，實現主控控制各CAN節點，各節點也可主動或從動上報其工作狀態以及監測數據，實現實時控制和監測整機工作狀態。

5 結 語

采用PC/104-CAN接口卡很好地解決了主控與各個分機(CAN節點)的通信問題。該項目設計的CAN總線嵌入式控制監測系統具有良好的可靠性和實時性，數據傳輸速率較高，完全可以滿足整機控制和實時監控的需求。該控制系統已經投入使用，系統運行穩定、電磁兼容性較強。

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作者簡介

劉 明 女，1963年出生，副教授，江蘇徐州人。主要研究方向為軍用導航和計算機應用。