專利名稱：基于vme總線的can總線節(jié)點系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計，尤其是涉及一種基于VME總線的智能型的 CAN總線節(jié)點系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計算機科學(xué)的發(fā)展和以其為核心的4C技術(shù)(計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通 訊技術(shù)、CRT顯示技術(shù))越來越深入的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，并引起了自動化系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)的優(yōu)化和變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)集成自動化為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線就是順應(yīng)這 一趨勢發(fā)展起來的。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展和世界很多大公司連續(xù)的技術(shù)投入，而 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(field controlsystem， FCS)在數(shù)據(jù)交換的實時性、準確性等方面取得 了突破性的進展。 CAN (Control Area Network)總線是一種支持分布式實時控制系統(tǒng)的串行通信局 域網(wǎng)。由于其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的檢測和執(zhí)行機 構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。它具有以下一些技術(shù)特性(l)多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權(quán) 的總線仲裁技術(shù)；(2)借助接收濾波實現(xiàn)多地址的幀傳送；(3)數(shù)據(jù)采用短幀結(jié)構(gòu)，受干擾 率低，數(shù)據(jù)幀的信息CRC校驗及其它錯誤檢測措施；(4)發(fā)送期間丟失仲裁或由于出錯而遭 破獲的幀可以自動重發(fā)；(5)對于嚴重錯誤具有自動關(guān)閉總線功能，使總線其它操作不受 影響。CAN總線符合ISOl 1898標準，最大傳輸速率可達lMB/s(傳輸距離最大為40m)，最大 傳輸距離為10km(傳輸速率約為5K)，傳輸介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜等。由于CAN總線是 一種很有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線，得到了國際上很多大公司的支持。其硬件接口簡單，編程方 便，系統(tǒng)容易集成?；贑AN總線的以上特點，它特別適用于系統(tǒng)分布比較分散、實時性要 求高、現(xiàn)場環(huán)境干擾大的場合。 在某些應(yīng)用中，需要實現(xiàn)CAN總線與VME(VersaModule Eurocard)總線之間的數(shù) 據(jù)傳輸。目前基于VME總線的CAN智能節(jié)點的系統(tǒng)大多是以單片機為中心構(gòu)成，其智能化 程度不高，靈活性不強。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)。 本實用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是一種基于VME總線的CAN總 線節(jié)點系統(tǒng)，包括VME總線接口單元、CAN總線通信控制單元以及CAN總線收發(fā)單元。VME總 線接口單元通過VME總線連接VME主機，該VME總線接口單元中設(shè)有雙口隨機存儲器。CAN 總線通信控制單元連接該VME總線接口單元，該CAN總線通信控制單元與該VME主機之間 通過該雙口隨機存儲器進行數(shù)據(jù)交換。CAN總線收發(fā)單元連接該CAN總線通信控制單元與 CAN總線網(wǎng)絡(luò)。 在上述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)中，VME總線接口單元可由FPGA芯片 構(gòu)成。
3[0008] 在上述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)中，可包括多個CAN總線收發(fā)單元，其 中每一 CAN總線收發(fā)單元對應(yīng)一個節(jié)點。 在上述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)中，VME總線接口單元中設(shè)有多個所 述雙口隨機存儲器，每一雙口隨機存儲器對應(yīng)一個節(jié)點。 在上述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)中，CAN總線通信控制單元與CAN總 線收發(fā)單元之間可設(shè)置高速隔離器件。 在上述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)中，高速隔離器件可為數(shù)字隔離器。 本實用新型由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過FPGA中的雙口 RAM的設(shè)置，開發(fā)方便、控制靈活，使系統(tǒng)智能化大大提高。

為讓本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實用 新型的具體實施方式
作詳細說明，其中 圖1示出本實用新型一實施例的多節(jié)點系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2示出本實用新型一實施例的VME總線接口單元框圖。 圖3示出本實用新型一實施例的CAN總線通訊控制單元框圖。 圖4示出本實用新型一實施例的CAN總線收發(fā)單元框圖。 圖5示出本實用新型一實施例的CAN總線通訊控制單元中斷主機的流程圖。 圖6示出本實用新型一實施例的主機中斷CAN總線通訊控制單元的流程圖。
具體實施方式總體而言，本實用新型的實施例是基于VME總線系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)智能節(jié)點的設(shè)計。 在本說明書中，將CAN網(wǎng)絡(luò)中任意一個信息的接收和發(fā)送站稱作節(jié)點。在本實用新型的實 施例中，智能節(jié)點是由微控制器和可編程CAN控制芯片組成的CAN總線通訊控制器。 圖1示出本實用新型一實施例的CAN網(wǎng)絡(luò)的多節(jié)點系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。參照圖1所 示，本實施例的系統(tǒng)包括VME總線接口單元110、CAN總線通信控制單元120以及多個(圖中 示出4個)CAN總線收發(fā)單元130，系統(tǒng)在一塊3U標準的VME板卡上實現(xiàn)。這些單元110-130 組成四個節(jié)點(每一CAN收發(fā)器對應(yīng)一節(jié)點)，而且4個節(jié)點之間相互獨立。在本實施例 中，這4個節(jié)點可分屬不同的CAN總線網(wǎng)段1-4。但在其他實施例中，這4個節(jié)點也可分屬 同一的CAN總線網(wǎng)段。而且，四個節(jié)點都能通過VME總線200同VME系統(tǒng)主機(圖未示) 之間進行雙向通訊，也可以是四個節(jié)點之間交互通訊。 VME總線接口單元110通過VME總線200與VME系統(tǒng)主機連接。在本實施例中，VME 總線接口單元110屬從控制方式，數(shù)據(jù)的傳輸都是由VME系統(tǒng)主機來控制，而VME接口單元 110只是做相應(yīng)的邏輯設(shè)計工作。在一實施例中，VME總線接口單元110可用FPGA(可編程 門陣列)XC2S200來實現(xiàn)，該芯片內(nèi)部有20萬個等效邏輯門，56kbit的專用存儲器空間，內(nèi) 部最高運行時鐘可以達到200MHz， I/O 口電壓3. 3V， I/O 口承受的最大輸入電壓為5. 5V，因 此可以直接與VME總線信號連接。圖2示出VME總線接口單元框圖，其中還一片XC18V02 芯片作為外部存儲器。 CAN總線通訊控制單元120連接VME總線接口單元110。在一實施例中，CAN總線通訊控制單元120可選用PHILIPS公司CAN控制器SJ1000，該單元的實現(xiàn)原理框圖見圖3。[0024] 多個CAN總線收發(fā)單元130連接CAN總線通訊控制單元120和CAN總線網(wǎng)絡(luò)。在一實施例中，CAN總線收發(fā)單元130選用PHILIPS公司的TJA1040，該芯片可以完全替換傳統(tǒng)的PCA82C250收發(fā)器芯片，而且其功能比PCA82C250更加強大，完全符合ISO 11898標準，最大通訊速率為1Mbit/s，至少可以連接IIO個節(jié)點，在待機模式下消耗的電流極低，具有通過總線喚醒(遠程)、發(fā)送數(shù)據(jù)(TXD)顯性超時、過熱保護、自動防故障等功能。為了降低CAN總線網(wǎng)絡(luò)對CAN控制器的電磁干擾，要采取隔離抗干擾的措施，需要在CAN控制器端和CAN收發(fā)器端用互相隔離的電源來供電，而且之間的信號連接也必須用高速隔離器件來隔離。高速隔離器件主要是用來隔離CAN控制器端和CAN收發(fā)器端互連的TD、 RD信號。本實施例選用TI公司的高性能數(shù)字隔離器IS0721來替換傳統(tǒng)的光耦隔離器，IS0721集成的片上電容可實現(xiàn)更快速的數(shù)據(jù)傳輸和更高的信號完整性。其抗磁干擾能力比現(xiàn)有電感器至少提高6倍，且功耗降低了 60%。 CAN總線收發(fā)單元130的實現(xiàn)原理框圖見圖4。[0025] 在上述的架構(gòu)中，CAN總線通訊控制單元120連接CAN網(wǎng)絡(luò)，VME總線接口單元110則構(gòu)建CAN總線通訊控制單元120與VME主機之間的通訊橋梁。具體地說，VME總線接口單元110的FPGA芯片主要完成VME總線接口功能，作為系統(tǒng)從設(shè)備，在FPGA芯片內(nèi)部構(gòu)造一個雙口 RAM，將該雙口 RAM映射到VME總線的一段地址空間，F(xiàn)PGA芯片通過雙口 RAM和VME主機交換數(shù)據(jù)。當(dāng)VME主機選擇訪問從設(shè)備時，F(xiàn)PGA芯片設(shè)計相應(yīng)的控制邏輯，讓VME主機可以和FPGA芯片建立數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)PGA芯片從VME主機收到的數(shù)據(jù)先放到雙口 RAM中，讓CAN總線通訊控制單元120來讀取，反之，從CAN總線通訊控制單元120過來的數(shù)據(jù)也先放到雙口 RAM中，讓主機來讀取。 由于本實施例的是基于四個CAN網(wǎng)段設(shè)計的，因此在FPGA芯片內(nèi)應(yīng)當(dāng)構(gòu)建四個雙口 RAM或者將雙口 RAM分成四個區(qū)域，分別對應(yīng)不同的網(wǎng)段。網(wǎng)段和主機之間的數(shù)據(jù)傳輸分上行數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng)段到主機A)和下行數(shù)據(jù)傳輸(主機到網(wǎng)段)，不同網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)傳輸稱為平行傳輸。 根據(jù)上述的架構(gòu)，VME總線接口單元110和CAN總線通訊控制單元120可視為黑匣子，用戶只要通過VME主機就可以管理CAN網(wǎng)絡(luò)的報文，無需關(guān)心VME總線接口單元110和CAN總線通訊控制單元120里面的程序架構(gòu)，只關(guān)心雙口 RAM里面的內(nèi)容。因此，雙口 RAM實質(zhì)上是VME主機管理CAN網(wǎng)絡(luò)的一個窗口 。 數(shù)據(jù)的傳輸是通過中斷工作方式來實現(xiàn)的。中斷方式分為CAN總線通訊控制單元中斷主機和主機中斷CAN總線通訊控制單元方式。CAN總線通訊控制單元120中接收到了報文后，通知VME主機來讀取，這里是通過向雙口 RAM寫入標志位由FPGA芯片來產(chǎn)生對VME主機的中斷，其中IE由VME主機寫入、SJ1000芯片來讀取，用于使能該項中斷；IF由SJIOOO芯片寫入、VME主機讀取，用于判別中斷的類型；IC由VME主機先寫入(是VME主機進入中斷并處理完程序后寫入的，表示可以接收下一個中斷了 )，而SJ1000芯片在讀到IC已經(jīng)被VME主機寫入的情況下，再寫入一次IC，并向VME主機發(fā)送中斷。 圖5示出本實用新型一實施例的CAN總線通訊控制單元中斷主機的流程圖。VME主機在接收到SJ1000芯片中斷后，讀取CAN總線通訊控制單元收到的報文，或者讀取當(dāng)前各CAN總線通訊控制單元的狀態(tài)信息。 圖6示出本實用新型一實施例的主機中斷CAN總線通訊控制單元的流程圖。CAN總線通訊控制單元在接收到主機中斷后，讀取主機報文或者接收主機配置信息(包括復(fù)位 CAN控制器、設(shè)置CAN波特率、發(fā)送報文等)。 因此，本實用新型的實施例在基于VME總線系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)智能節(jié)點的設(shè)計中，通
過FPGA中的雙口 RAM的設(shè)置，開發(fā)方便、控制靈活，使系統(tǒng)智能化大大提高，結(jié)合模塊化設(shè)
計思想，采取隔離抗干擾措施，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景。 雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本實用新型，任何
本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本
實用新型的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準。
權(quán)利要求一種基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)，其特征在于包括VME總線接口單元，通過VME總線連接VME主機，該VME總線接口單元中設(shè)有雙口隨機存儲器；CAN總線通信控制單元，連接該VME總線接口單元，該CAN總線通信控制單元與該VME主機之間通過該雙口隨機存儲器進行數(shù)據(jù)交換；以及CAN總線收發(fā)單元，連接該CAN總線通信控制單元與CAN總線網(wǎng)絡(luò)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)，其特征在于，所述VME總線接口單元由FPGA芯片構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)，其特征在于，包括多個所述CAN總線收發(fā)單元，其中每一 CAN總線收發(fā)單元對應(yīng)一個節(jié)點。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)，其特征在于，所述VME總線接口單元中設(shè)有多個所述雙口隨機存儲器，每一雙口隨機存儲器對應(yīng)一個節(jié)點。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)，其特征在于，所述CAN總線通信控制單元與所述CAN總線收發(fā)單元之間設(shè)有高速隔離器件。
6. 如權(quán)利要求5所述的基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)，其特征在于，所述高速隔離器件為數(shù)字隔離器。
專利摘要本實用新型涉及一種基于VME總線的CAN總線節(jié)點系統(tǒng)，包括VME總線接口單元、CAN總線通信控制單元以及CAN總線收發(fā)單元。VME總線接口單元通過VME總線連接VME主機，該VME總線接口單元中設(shè)有雙口隨機存儲器。CAN總線通信控制單元連接該VME總線接口單元，該CAN總線通信控制單元與該VME主機之間通過該雙口隨機存儲器進行數(shù)據(jù)交換。CAN總線收發(fā)單元連接該CAN總線通信控制單元與CAN總線網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)通過構(gòu)建雙口隨機存儲器，開發(fā)方便、控制靈活，使系統(tǒng)智能化大大提高。
文檔編號H04L12/40GK201509207SQ20092021112
公開日2010年6月16日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者李文榮, 李明, 楊勇兵, 沈璐璐, 許峰, 都勁松, 黃滔 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所