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基于PCI總線的CAN卡的設計與實現
摘要：介紹了PCI橋接口芯片PCI9052和CAN接口芯片SJA1000，給出了基于PCI總線的CAN總線適配卡軟硬件的設計思路、過程及實現方法。現場總線CAN（Controller Area Network控制器局域網絡）以其高性能、高可靠性及獨特的設計，越來越受到人們的重視和青睞，不但在汽車行業中應用廣泛，而且在工業控制、機器人、醫療器械、傳感器等領域發展迅速。為了擴展CAN總線的功能，與計算機相連，可設計具有CAN接口和PC接口的CAN適配卡，用來收集CAN總線上各個節點的信息，轉發給PC機，并可將PC機的命令和數據轉發給各個節點以及完成對CAN總線上的用戶系統的部分監控和管理工作。
PCI總線是Intel公司推出的一種先進的高性能32/64位局部總線，可同時支持多組外圍設備，不受制于處理器，數據吞吐量大（33MHz總線頻率、32位傳輸時峰值可高達132MB/s）。目前PCI是處于主流的計算機總線。以往的CAN卡一般都是基于ISA總線的，由于ISA部傳輸速率低，CAN卡必須增加中繼控制功能，才能夠適應CAN的高速傳輸，導致造價高、體積大、傳輸速率低，不利于CAN總線的推廣應用。由于PCI總線傳輸速度快，而且支持熱插拔、電源管理等功能，不但能滿足CAN總線的高速數據傳輸，性能高、功能強，而且體積小、價格低、使用方便、應用范圍廣。
CAN卡的設計包括硬件設計和軟件設計。
1 硬件設計
PCI總線是一種獨立于CPU的局部總線，不同于傳統的ISA總線。由于PCI總線規范定義了嚴格的電氣特性和時序要求，開發難度比ISA總線的開發難度大。實現PCI接口的方案一般有兩種：采用可編程邏輯器件和專用總線接口器件。采用可編程邏輯器件實現PCI接口的最大好處是比較靈活，可把PCI時序模塊和功能模塊結合在一起，可以利用的器件也比較多（如Altera公司的CPLD器件、Xilinx公司的FPGA器件等），還可以購買由廠家提供的用VHDL、AHDL等硬件描述語言編制的PCI核心設計模塊，但其設計難度還是很高，因為PCI總線對負載要求、傳輸數據的建立時間的要求都比較苛刻，同時還需要器件內部實現用于配置的各類寄存器，以及完成邏輯校驗、地址譯碼等工作的寄存器（大致需要15000個門電路）。此外，還需加入FIFO、用戶寄存器組和后端設備接口等部分。設計這種PCI總線接口會導致將大量的人力、物力投入到復雜的邏輯驗證和時序分析的工作上，開發周期較長。要用專用接口器件雖然沒有采用可編程邏輯器件那么靈活，但能夠有效地降低接口設計的難度，縮短開發時間。專用接口器件具有較低的成本和很高的通用性，能夠優化數據傳輸，提供配置空間，具備用于突發傳輸功能的片內FIFO，提供擴展局部總線等優點，并且許多公司還提供配套的開發工具（例如評估板或驅動程序開發軟件），使用很方便，開發周期短。目前市場上常見的有PLX、AMCC、Cypress等公司的PCI橋芯片，各個型號的PCI接口芯片的大致特點如表1所示。
表1 各公司PCI接口芯片
PCI9054（主）型號眾多，使用方便，性能好較便宜提供快速開發板RDK出售CYPRESSCY7C09449PV-AC（主）內置DPRAM，有效降低系統成本便宜技術文檔TIPCI2031（從）
PCI1251（主）與TI的DSP可無縫連接很便宜提供評估模塊AMCCAMCC5920（從）
AMCC5933(主)FIFO接口適合于設計數據采集卡，性能好較昂貴提供評估板
PCI設備可分為主模式和從模式。主模式橋芯片可以進行DMA操作，而從模式只能接受讀寫操作。根據PCI提供的傳輸數據帶寬（最大132MB/s）和CAN總線（最大1Mbps）的要求，加上經濟和開發難度與周期上考慮（主模式橋芯片較昂貴，開發難度較大），又因不需要DMA功能，采用從模式橋芯片足以滿足傳輸數據的需要。此外，選擇芯片不僅考慮性能和經濟上的要求，而且還需要考慮硬件開發和驅動程序開發的難易。如果不提供足夠的芯片說明和應用樣例及開發工具，將大大增加開發難度和延長開周期。因此，采用PLX公司的PCI總線目標接口芯片PCI9052作為CAN卡中的PCI接口芯片，負責與計算機之間的數據通信。
PCI9052是PLX公司開發的低價格PCI總線從模式接口芯片，低功耗，符合PCI2.1規范，提供的局部總線（Local Bus）可通過編程設置為8/16/32位的（非）復用總線。其主要特點有：
（1）直接數據轉換模式 PCI9052支持PCI到Local Bus的內存映射和I/O映射的突發讀寫。
（2）ISA接口邏輯 PCI9052支持通過8/16位內存映射或I/O映射從PCI到ISA總線的單周期讀、寫訪問。方便從ISA向PCI卡的轉換。
（3）中斷產生器 由Local Bus的兩個中斷信號可以產生一個PCI中斷信號：INTA#。
（4）局部總線 PCI9052提供的局部總線不但可編程，而且與PCI總線的時鐘相互獨立運行，可實現異步操作，總線操作自動實現時序同步。兩部分的異步運行方便了高、低速設備的兼容。局部的運行時鐘頻率范圍0～40MHz、TTL電平，可由PCI提供或由用戶自行提供；PCI的運行時鐘頻率范圍0～33MHz。
（5）串行EEPROM 用于存入PCI BUS和Local Bus的部分配置信息。
（6）4個局部設備片選 基址和地址范圍可以由串行EEPROM或主控設備進行設置。
（7）5個局部地址空間 基址和地址范圍及其映射可以由串行EEPROM或主控設備進行設置。
（8）Big/Little Endian模式的字節交換 適合不同計算機體系。
（9）局部總線等待狀態 降了等待信號LRDYi#用于握手之外，PCI9052還有一個內部等待產生器（包括地址到數據周期、數據到數據周期和數據到地址周期的
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