基于CAN核的四冗余通信板設(shè)計(jì)與仿真
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(1)CAN通信板硬件電路設(shè)計(jì)
CAN通信板的核心器件是FPGA，同時完成“雙光雙電”通信，硬件通信板結(jié)構(gòu)如圖2所示。
作為PC／104系統(tǒng)的模塊，要接在PC／104總線上，所以要在數(shù)據(jù)、地址、控制總線上與PC／104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的總線標(biāo)準(zhǔn)一致。
本設(shè)計(jì)要進(jìn)行四冗余設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中要添加4個CAN核，選用Altera公司Cyclone II系列的FPGA EP3C25。
由于PC／104的工作電壓為5 V，而FPGA的工作電壓為3.3 V，因此在PC／104和FPGA之間要加入1個電平轉(zhuǎn)換器74LVC245來保護(hù)FPGA。
(2)光收發(fā)電路
本系統(tǒng)的高速光發(fā)射器采用HFBR-1414低功耗高速光發(fā)射器件，其光發(fā)射波長為820 nm。此發(fā)射器能夠與以下4種光纖配合使用：50／125 μm、62.5／125 μm、100／140 μm、200 μm(HCS)。HFBR-1414采用了雙鏡片的光學(xué)系統(tǒng)，光發(fā)射效率高，當(dāng)驅(qū)動電流為60 mA時，在50／125 μm光纖上可得到-15 dBm的光功率。光接收器采用HFBR-2412，其內(nèi)部集成了光電二極管、直流電路和開集電極的肖特基晶體管。HFBR-2412光接收器能與光發(fā)射器HFBR-1414及50／125 μm、62.5／125 μm、100／140 μm、200 μm(HCS)的光纖配合使用，最高通信速率可達(dá)5 MB。由于采用了開集電極電路，此接收器兼容TTL及CMOS電平。該電路的通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)1.7 km。
為提高CAN通信板的抗震性，抗干擾性等綜合性能，采用了雙面布線設(shè)計(jì)。該通信板尺寸規(guī)格嚴(yán)格按照PC／104板的要求做。
(3)冗余設(shè)計(jì)及CAN Hub設(shè)計(jì)
該通信板設(shè)計(jì)了4路冗余，工作時只有1路CAN通道進(jìn)行工作，采用高位片選的方式進(jìn)行工作通道的選擇，其片選模塊在FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)完成。
(4)GAN Hub的設(shè)計(jì)
由于本系統(tǒng)采用“雙光雙電”四冗余的電路設(shè)計(jì)，為提高通信速度，采用485收發(fā)器代替標(biāo)準(zhǔn)的CAN收發(fā)器。光是“點(diǎn)對點(diǎn)”的傳輸，485收發(fā)器是差分傳輸，在形式上都無法構(gòu)成總線式結(jié)構(gòu)。因此，引入CAN Hub來對信號進(jìn)行處理，在邏輯上達(dá)到總線式的結(jié)構(gòu)。
3軟件設(shè)計(jì)
CAN通信板的正常工作離不開強(qiáng)大的軟件支持，本系統(tǒng)中控制部分的核心采用PC／104嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PC／104嵌入式計(jì)算機(jī)擁有可以和PC機(jī)媲美的強(qiáng)大功能，CAN通信板軟件部分的開發(fā)和設(shè)計(jì)就是在PC／104計(jì)算機(jī)上完成的，采用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)。C語言具有通用性、高效性和實(shí)時性，能滿足儀器的實(shí)時性要求。在設(shè)計(jì)過程中采用了模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，把軟件按功能分成若干個模塊，這些模塊既有一定的獨(dú)立性，又有一定聯(lián)系。每個模塊的編制要求相對獨(dú)立，以便對各模塊進(jìn)行檢驗(yàn)調(diào)試和修改、維護(hù)。這種框架模式的程序可以保證良好的通用性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、移植性、互換性和獨(dú)立性。
由于CAN核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和SJA1000一樣，因此，開發(fā)時就像面對SJA1000一樣，編寫起來簡單方便。本設(shè)計(jì)采用中斷處理的方式來進(jìn)行任務(wù)的處理。在中斷到來后進(jìn)行相應(yīng)的處理就可以了。
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