PCI9052在多功能CAN適配卡中的應用研究

0 引言

PCI總線是一種獨立于CPU的局部總線，實現(xiàn)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(xiàn)PCI接口的好處是比較靈活，但其設計難度很高，因為PCI總線對負載要求、傳輸數(shù)據(jù)的建立時間的要求都比較苛刻，同時還需要器件內(nèi)部實現(xiàn)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。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(fā)周期較長。采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(fā)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(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸，提供配置空間，具備用于突發(fā)傳輸功能的片內(nèi)FIFO，提供擴展局部總線等優(yōu)點，并且許多公司還提供配套的開發(fā)工具，使用很方便，開發(fā)周期短。 PCI9052是PLX公司開發(fā)的低價格PCI總線從模式接口芯片，低功耗，符合PCI2.1規(guī)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。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(xiàn)異步操作，總線操作自動實現(xiàn)時序同步。兩總線的異步運行方便了高、低速設備的兼容。

1 硬件設計

為了充分利用硬件的有用資源，該多功能適配卡不僅要實現(xiàn)與CAN總線進行通信，還具有A/D、D/A及I/O功能，實現(xiàn)對CAN通信和數(shù)據(jù)采集等功能。PCI9052有5個地址映射空間，要實現(xiàn)這些功能，通過PCI9052來連接是能夠滿足要求的。I/O采用IO映射空間，CAN、A/D和D/A采用Memory地址映射空間，也可都采用Memory方式，這些地址空間的配置是在EEPROM中進行配置的。根據(jù)采樣精度要求，A/D芯片采用的是16位單通道并行通信的AD976芯片，轉(zhuǎn)換時間10us，為了實現(xiàn)多通道輸入，須在模擬輸入端加一多路開關(guān)MAX308ESE。D/A芯片采用的是16位8通道芯片DAC7644E，轉(zhuǎn)換時間10us。CAN控制芯片采用PHLIPS的SJA1000，同時須接一CAN驅(qū)動芯片82C250。另外，PCI9052需要一片EEPROM芯片用來存儲PCI9052的初始化配置參數(shù)?？膳cPCI9052匹配的芯片有Microchip Technology 1K 93AA46、93C46B、93LC46B，還有其他廠商的。在選擇EEPROM時一定可參考PCI9052的推薦說明，這里采用的是1K的93LC46B。其原理結(jié)構(gòu)如圖1：

2 軟件設計
軟件設計包括WDM驅(qū)動程序、API接口函數(shù)和應用程序設計，這里主要介紹驅(qū)動程序設計。對于WDM驅(qū)動程序，要獲得正確的地址分配值，必須正確地設置配置參數(shù)，9052內(nèi)部的配置寄存器是通過外部串行E2PROM上電加載的。9052會自動根據(jù)該E2PROM的狀態(tài)來決定其內(nèi)部寄存器的值。如果E2PROM不存在（此時E2PROM和9052連接的數(shù)據(jù)引腳應加上拉電阻或其內(nèi)部無有效值，9052會將其內(nèi)部寄存器配置為缺省值。值得一提的是，如果E2PROM內(nèi)部沒有燒寫為有效值時，應保證其開始48位為全“1”；否則，系統(tǒng)上電時可能會產(chǎn)生錯誤。9052有5個本地空間，用戶可根據(jù)實際需要進行相應的配置。當將本地空間配置成I/O時，對該空間的讀/寫操作只能單次進行。配置成存儲器空間，用戶會有多種接入模式，可大大提高接入速度。
該多功能設配卡驅(qū)動程序的開發(fā)采用支持Windows2000的WDM驅(qū)動程序。開發(fā)工具采用Visual C++6.0、Win2000 DDK及DriverStudio2.7。采用DriverStudio向?qū)Чぞ呱沈?qū)動程序框架和調(diào)試程序，在利用向?qū)r需正確填寫PCI Vendor ID和PCI Device ID，否則，在安裝驅(qū)動程序時查找不到正確的硬件設備，導致無法安裝驅(qū)動。
由于WDM驅(qū)動程序運行在系統(tǒng)的內(nèi)核態(tài)，編寫非常復雜，在應用程序和硬件進行數(shù)據(jù)交換中，可以采用幾種方式進行通信：I/O控制方式、直接讀寫方式、中斷方式和DMA方式。由于CAN總線的最高速率是1Mbps，所以我們采用IO控制操作實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送，在驅(qū)動程序派遣例程中實現(xiàn)這些操作，在API函數(shù)中提供這些操作的接口，應用程序可使用標準Win32 API函數(shù)DeviceIoControl來數(shù)據(jù)讀寫，也可以采用DriverStudio向?qū)Чぞ弋a(chǎn)生的DeviceControl來操作，在這里我們將它集成到對應的API函數(shù)里，生成相應的靜態(tài)庫或者動態(tài)連接庫的形式提供給應用程序。 定義了7個IO控制代碼：
IOCTL_HIL100_READ_IO_DATA（用于讀I/O口數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_READ_AD_DATA（用于讀AD數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_READ_DA_DATA （用于讀DA數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_READ_CAN_DATA（用于讀CAN數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_WRITE_IO_DATA（用于寫I/O口數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_WRITE_DA_DATA（用于寫DA數(shù)據(jù)）
IOCTL_HIL100_WRITE_CAN_DATA（用于寫CAN數(shù)據(jù)）
這些控制代碼在驅(qū)動程序的DeviceControl(KIrp I)函數(shù)中調(diào)用，如下程序所示：