基于FPGA的PC／104-CAN通訊板設(shè)計(jì)

0 引 言
PC／104嵌入式控制PC出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代末，并于1992年形成IEEEP966．1標(biāo)準(zhǔn)。它一方面繼承了PC的所有資源，另一方面又對PC的各個(gè)方面做了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其與IBM PC完全兼容，并具有體積小，功耗低，工作溫度寬，可靠性高等特點(diǎn)。采用了獨(dú)特
的“自棧式”總線連接、模塊化結(jié)構(gòu)，使用起來靈活方便；采用面向?qū)ο蟮挠布O(shè)計(jì)方法，使得在PC／104標(biāo)準(zhǔn)上開發(fā)的擴(kuò)展模塊具有更強(qiáng)的通用性和更長的生命期；它以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天、軍事、醫(yī)療、消防設(shè)備、智能儀器儀表、導(dǎo)航、通訊、數(shù)控、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、便攜式計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。
CAN(Controller Area Network)總線是一種有效支持分布控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，采用多主協(xié)議，廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而采用對通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼的方法，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制。它具有總線仲裁、錯(cuò)誤檢測、自動(dòng)重發(fā)等功能。由于采用了許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線具有高實(shí)時(shí)性、卓越性能、高可靠性、能獨(dú)特靈活設(shè)汁和低廉價(jià)格，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場、控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領(lǐng)域。目前，它已被公認(rèn)為是幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。隨著科技的發(fā)展，同一系統(tǒng)應(yīng)用多種總線技術(shù)已經(jīng)成為一種趨勢。本設(shè)計(jì)利用FPGA完成PC／104總線和CAN總線之間的相互通訊，將兩總線相結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，使兩總線有更大應(yīng)用價(jià)值和更廣闊的使用前景。

1 硬件設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)采用PC／104模板形式，具有很強(qiáng)的方便性和可擴(kuò)展性，其系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于PC／104總線采用的是地址數(shù)據(jù)總線分離的總線結(jié)構(gòu)，而CAN總線協(xié)議控制器SJA1000T采用的是地址數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用的總線結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)使用FPGA器件EP20K100實(shí)現(xiàn)總線轉(zhuǎn)換和時(shí)序邏輯控制轉(zhuǎn)換。該通訊板采用I／O映射方式，其內(nèi)部寄存器地址為280H～2BFH。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，在控制器SJA1000T與收發(fā)器82C250之間接入光電耦合器6N137。光耦6N137的上升時(shí)間典型值為30 ns，隔離電壓為3 000 V，其支持最大頻率值超過30 MHz。