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PC104 的貨源和報(bào)價(jià) PC104 的相關(guān)技術(shù)信息

其他型號(hào)

基于Linux的PC104總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)通信設(shè)計(jì)

　　1 引 言

　　PC104嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)由于其小尺寸結(jié)構(gòu)、堆棧式連接、輕松總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用�，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)領(lǐng)域中，CAN總線(xiàn)得到了計(jì)算機(jī)芯片商的廣泛支持，他們紛紛推出直接帶有CAN接口的微處理器(MCU)芯片。

　　帶有CAN的MCU芯片總量已經(jīng)達(dá)到1億3 000萬(wàn)片，因此在接口芯片技術(shù)方面，CAN已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于FF，PRO-FIBUS，LONWORKS等其他所有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。但是PC104總線(xiàn)不能與CAN總線(xiàn)直接通信，因此在CAN總線(xiàn)控制系統(tǒng)中難以運(yùn)用。

　　針對(duì)以上問(wèn)題，以AVR單片機(jī)為協(xié)處理器設(shè)計(jì)了PC104總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)的轉(zhuǎn)換卡并且考慮到PC104嵌入式工業(yè)計(jì)算機(jī)上通常運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，編寫(xiě)了轉(zhuǎn)換卡Linux下PC104總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)雙口RAM的驅(qū)動(dòng)程序。該轉(zhuǎn)換卡運(yùn)用在工業(yè)控制系統(tǒng)中，實(shí)際表明可以穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

　　2 硬件部分

　　PC104到CAN總線(xiàn)轉(zhuǎn)換卡的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。在PC104總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)的通信中，要考慮的主要問(wèn)題是PC104總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)數(shù)據(jù)同步問(wèn)題。PC104總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)的總線(xiàn)速度存在很大差異，針對(duì)這樣的問(wèn)題通常采用的方法是使用雙端口RAM或FIFO作為緩沖器，這里使用雙端口RAM作為數(shù)據(jù)緩沖，同時(shí)在雙端口RAM中預(yù)留幾個(gè)字節(jié)作為ATmega64處理器與PC104嵌入式計(jì)算機(jī)的軟握手信號(hào)，通過(guò)以上方法完成PC104總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)同步。EPM7128為Altera的CPLD，這里使用CPLD主要用于PC104到CAN總線(xiàn)轉(zhuǎn)換卡的地址譯碼。CAN總線(xiàn)通信選用SJA1000 CAN總線(xiàn)控制器實(shí)現(xiàn)，為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的電磁環(huán)境，在SJA1000與PC82C250中經(jīng)過(guò)了光隔處理。

      2.1 PC104總線(xiàn)與IDT7134接口電路

      PC104嵌入式計(jì)算機(jī)為了讀取雙端口RAM IDT7134的數(shù)據(jù)。首先將IDT7134映射到PC104嵌入式計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器空間，使用SMEMR*、SMEMW*作為IDT7134的OER，R／W控制信號(hào)。另外利用CPLD EPM7128將PC104總線(xiàn)的高3位地址SA19、SA18、SA17譯碼作為IDT7134的片選信號(hào)。

　　2.2 ATmega64與IDT7134接口電路

　　處理器ATmega64采用的是地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)分時(shí)復(fù)用技術(shù)，因此需要進(jìn)行地址鎖存。EPM7128內(nèi)使用VHDL硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)了該地址鎖存器。ATmega64與IDT7134接口電路如圖3所示。

      2.3 CPLD EPM7128內(nèi)部邏輯

      CPLD EPM7128在整個(gè)設(shè)計(jì)中主要完成譯碼，與地址鎖存的功能。在QuartusⅡ6.0環(huán)境下，通過(guò)VHDL硬件描述語(yǔ)言，完成上述功能。其程序源碼如下：

      在上面的VHDL代碼中CSSJA1000為SJA1000片選信號(hào)，CS7134L為IDT7134左端口片選，CS7134R為IDT7134右端口片選。

      3 軟件部分

      要實(shí)現(xiàn)PC104總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信，在上面的硬件設(shè)計(jì)中已經(jīng)提到采用的是雙端口 RAM作為數(shù)據(jù)緩沖的方法，其中涉及在雙端口RAM中開(kāi)辟數(shù)據(jù)區(qū)作為PC104嵌入式PC機(jī)與ATmega64的軟握手標(biāo)志。握手過(guò)程要在PC104嵌入式PC機(jī)與ATmega64的軟件程序中實(shí)現(xiàn)，其過(guò)程如下：首先在雙端口RAM中開(kāi)辟兩個(gè)緩沖區(qū)，分別用來(lái)緩沖CAN總線(xiàn)的收發(fā)數(shù)據(jù)。當(dāng)PC104總線(xiàn)有數(shù)據(jù)發(fā)到CAN總線(xiàn)上時(shí)，先將數(shù)據(jù)寫(xiě)到雙端口RAM的CAN數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，然后向雙端口RAM預(yù)留的標(biāo)志字段寫(xiě)入特定值，通告ATmega64有數(shù)據(jù)要通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送，ATmega64采用查詢(xún)的方式檢測(cè)這個(gè)標(biāo)志字段，當(dāng)檢測(cè)到標(biāo)志字段的特定值時(shí)，就讀取雙端口RAM的CAN數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，同時(shí)將讀到的數(shù)據(jù)發(fā)到CAN總線(xiàn)上。上述過(guò)程后，ATmega64程序?qū)��?biāo)志字段復(fù)位。至此完成了PC104總線(xiàn)對(duì)CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)發(fā)送。CAN總線(xiàn)對(duì)PC104總線(xiàn)的數(shù)據(jù)發(fā)送與此過(guò)程相反。

      3.1 ATmaga64處理器程序

      ATmaga64處理器對(duì)CAN總線(xiàn)進(jìn)行底層的讀寫(xiě)工作，同時(shí)將數(shù)據(jù)寫(xiě)到雙端口RAM IDT7134 中，并將IDT7134中的首存儲(chǔ)字節(jié)設(shè)為標(biāo)志位，通知PC104嵌入式PC機(jī)有數(shù)據(jù)被更新，要求PC104嵌入式PC機(jī)對(duì)IDT7134進(jìn)行讀操作。基于以上的過(guò)程ATmaga64處理器程序包括對(duì)SJA1000初始化程序、SJA1000中斷處理程序以及訪(fǎng)問(wèn)IDT7134的程序。

      3.2 PC104總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)雙口RAM的Linux驅(qū)動(dòng)程序

      Linux驅(qū)動(dòng)從結(jié)構(gòu)上分為3個(gè)部分：

      (1)設(shè)備的配置和初始化，包括檢查設(shè)備的存在、狀態(tài)，設(shè)備的注冊(cè)及相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的初始化。一般這部分程序僅在初始化時(shí)調(diào)用一次，他包含在init_module()例程中。

      (2)I／O請(qǐng)求服務(wù)程序主要通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用，完成用戶(hù)的請(qǐng)求功能，如Read，Write等，設(shè)備的大多數(shù)操作都由I／O請(qǐng)求服務(wù)完成，主要包括Read，Write，Ioct1等例程。

      (3)中斷服務(wù)子程序，由系統(tǒng)接收所有硬件中斷，然后調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。

      在Linux系統(tǒng)里，設(shè)備驅(qū)動(dòng)以文件的方式出現(xiàn)，因此設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口就是一個(gè)文件系統(tǒng)的接口，該接口由一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct file_operations{}來(lái)定義，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是整個(gè)虛擬文件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口。因此首先定義了PC104總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)雙口RAM驅(qū)動(dòng)程序文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

      對(duì)于PC104內(nèi)存段Linux內(nèi)核在啟動(dòng)時(shí)就建立了訪(fǎng)問(wèn)這些地址的頁(yè)表，訪(fǎng)問(wèn)他們的虛擬地址與實(shí)際物理地址不同，因此需要使用ioremap將物理地址映射到虛擬地址，才能夠?qū)�PC104總線(xiàn)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，來(lái)讀取雙口RAM數(shù)據(jù)。ioremap函數(shù)定義為：

      Void*ioremap(unsigned long phy_addr，unsigned longsize)

      參數(shù)phys_addr為物理地址，size為物理地址的長(zhǎng)度。ioremap函數(shù)的返回值是一個(gè)特殊的虛擬地址，可以用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)指定的物理內(nèi)存區(qū)域，這個(gè)虛擬地址最后要調(diào)用iounmap來(lái)釋放掉。以下將詳細(xì)介紹Linux驅(qū)動(dòng)程序的各個(gè)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。

      3.2.1 初始化函數(shù)與卸載函數(shù)實(shí)現(xiàn)

      設(shè)備的配置和初始化函數(shù)init_module()中分別調(diào)用：

      register_chrdev()：進(jìn)行設(shè)備注冊(cè)；

      request_irq()：請(qǐng)求中斷通道；

      request_mem_region()：分配I／O內(nèi)存區(qū)域；

      ioremap()：物理地址映射到虛擬地址。

      程序源代碼如下：

　　這就完成了設(shè)備驅(qū)動(dòng)的初始化。設(shè)備驅(qū)動(dòng)的卸載部分與初始化程序相反，卸載是回收分配給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的各種資源。cleanup_module()中分別調(diào)用：

　　iounmap()：釋放虛址；

　　release_mem_region()：釋放內(nèi)存區(qū)域；

　　free_irq()：釋放中斷通道。