基于DSP與SJA1000的CAN總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

當(dāng)前，有一些微處理器將CAN控制器嵌入到系統(tǒng)之中，但是仍有大量人們比較熟悉的微處理器并不帶有CAN控制器。采用微處理器和CAN控制器組合的設(shè)計(jì)成為必要，而且，CAN控制器具有完成CAN總線通信協(xié)議所要求的全部必要功能，因此，CAN控制器與其它微處理器的接口設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)CAN總線系統(tǒng)的首要工作。本文重點(diǎn)介紹以SHARC DSP為核心的、基于SJA1000的CAN總線接口設(shè)計(jì)。

SJA1000簡介

SJA1000是一種獨(dú)立的CAN控制器，用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)。它是Philips公司早期CAN控制器PCA82C200(Basic CAN)的替代品，而且增加了一種新的工作模式(PeliCAN)，這種模式支持具有很多新功能的CAN2.0B協(xié)議。
SJA1000與微處理器的接口主要由8根數(shù)據(jù)和地址分時(shí)復(fù)用線完成：AD0AD7、ALE/AS、、/E、、、MODE和，其中MODE為接口方式選擇信號(hào)，可設(shè)置成Intel方式或Motorola方式。兩者的區(qū)別在于：Intel模式下，處理器對(duì)SJA1000寫時(shí)，用、作為讀、寫數(shù)據(jù)信號(hào)，ALE下降沿鎖存地址(此時(shí)地址信號(hào)要保證基本的建立保持時(shí)間)，僅在讀、寫數(shù)據(jù)時(shí)為低；Motorola模式下，讀、寫信號(hào)用區(qū)分(高電平讀、低電平寫)，用/E選通數(shù)據(jù)(下降沿鎖存)，AS和CS類似于Intel的ALE和。目前流行的MCS51/96系列單片機(jī)提供了方便快捷的直接Intel方式接口，出于普遍性的考慮，本文以下的接口設(shè)計(jì)都是基于Intel模式的。

DSP的接口信號(hào)和時(shí)序

與早期的處理器不同，DSP芯片的片外引腳都采用地址線和數(shù)據(jù)線分離的設(shè)計(jì)方法，不再使用地址數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用線，也沒有ALE信號(hào)，這樣就給CAN控制器與DSP的接口帶來一定困難，且不同的DSP外部引腳和時(shí)序也略有區(qū)別。要設(shè)計(jì)CAN控制器與DSP的接口，首先必須比較DSP與CAN控制器的時(shí)序。

本文選用的DSP為ADSP21062，主頻為40MHz，單周期(零等待)訪問存儲(chǔ)器時(shí)，要求存儲(chǔ)器的響應(yīng)(讀或?qū)?周期小于17ns，但許多存儲(chǔ)器或外設(shè)的響應(yīng)速度沒有這么快，于是就要通過加等待來延長訪問時(shí)間。ADSP2106x支持兩種等待方式，即內(nèi)等待(軟等待)和外等待(硬等待)。

SJA1000和CAN總線的連接

選擇82C250作為收發(fā)器，選擇6N137高速光電隔離器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和CAN總線的隔離。其連接方法如圖1所示。這種設(shè)計(jì)既能做好電氣隔離，又能保證數(shù)據(jù)的傳輸速度。


圖1 SJA1000和CAN總線的連接

CAN控制器與DSP的接口設(shè)計(jì)方法

SJA1000的數(shù)據(jù)和地址信號(hào)為分時(shí)復(fù)用，而DSP為數(shù)據(jù)、地址信號(hào)分離的結(jié)構(gòu)，而且DSP不提供ALE信號(hào)，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是DSP要把SJA1000的地址當(dāng)成數(shù)據(jù)寫入并同時(shí)產(chǎn)生ALE信號(hào)。分析讀寫信號(hào)所要求的最短有效時(shí)間，由于讀低電平到數(shù)據(jù)有效的時(shí)間最長為50ns，所以要保證讀信號(hào)有效時(shí)間至少50ns，ADSP21062在用2個(gè)軟等待時(shí)，其低電平時(shí)間為62.5ns(25ns/2+2×25ns)，剛好能滿足要求。

ADSP21062和SJA1000接口的簡化設(shè)計(jì)

在外圍設(shè)備連接不多的情況下，接口電路可以使用幾個(gè)邏輯門實(shí)現(xiàn)。由于訪問外部數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)總線的低16位未用，所以使用的數(shù)據(jù)線從DATA16起始。當(dāng)Flag1＝1時(shí)，SJA1000的WR始終為1，其ALE為DSP的WR的反向，當(dāng)DSP把地址當(dāng)成數(shù)據(jù)寫入SJA1000時(shí)，低電平DSP的WR信號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)換成高電平的ALE，并在ALE的下降沿把數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)Flag1＝0時(shí)，ALE始終為0，無地址鎖存操作。SJA1000的WR直接受DSP的WR信號(hào)控制。由Flag2直接控制CS。其連接如圖2所示。



ADSP21062和SJA1000簡化接口設(shè)計(jì)的相應(yīng)程序如下：

1) ＃define CANADDR 0x400000
2) bit set mode2 FLG1O|FLG2O;
//設(shè)置Flag1，F(xiàn)lag2為輸出
3) r1=0x00047800; dm(SYSCON)=r0;
//設(shè)置外部空間大小
4) r0=0x21a8c429;dm (WAIT)=r0;
//用2個(gè)軟等待訪問MS0
5) bit set astat ASTAT_FLG1;
//Flag1=1,
6) r0=addr;dm(CANADDR)=r0;//寫入要訪問的SJA1000的內(nèi)部地址
7) bit clr astat ASTAT_FLG1;
//Flag1=0
8) bit clrastat ASTAT_FLG2;
//Flag2=0,CS=0
9) i0=CANADDR;r0=dm(i0,0);
//讀取SJA1000相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)
10) r1=3;dm(i0,0)=r1;
//寫入數(shù)據(jù)到SJA1000相應(yīng)地址
11) bit set astat ASTAT_FLG2;
//Flag2=1,CS=1，5

為說明方便，對(duì)各條指令編號(hào)。運(yùn)行指令5、7、8、11各花費(fèi)25ns，運(yùn)行指令6、9、10各花費(fèi)100ns，所以完成一次讀或?qū)懶?00ns。

基于CPLD的ADSP21062和SJA1000接口設(shè)計(jì)

在連接多個(gè)外圍設(shè)備時(shí)，其譯碼電路比較復(fù)雜，可以使用CPLD完成邏輯譯碼控制。利用地址數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生CAN的ALE、CS等信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)在于使用多個(gè)總線設(shè)備時(shí)，可用一片CPLD完成所有總線設(shè)備的譯碼，這種方法有更好的適用性。其連接方法如圖3所示。


圖3 基于CPLD的ADSP21062和SJA1000設(shè)計(jì)圖

DSP的程序設(shè)計(jì)如下：

1) #define CANNCS 0x400100
//清CANCS的地址，對(duì)此地址操作使CAN的CS無效
2) #define CANCS 0x400200//置CANCS的地址，對(duì)此地址操作使CAN的CS有效
3) #define CANALE 0x400500
//置CANALE的地址，對(duì)此地址操作使CAN的ALE可變化
4) #define CANNALE 0x400600
//清CANALE的地址，對(duì)此地址操作使CAN的ALE恒為低
5) #define CANRW 0x400900
//對(duì)此地址操作完成CAN數(shù)據(jù)的讀、寫
6) r1=0x00047800; dm(SYSCON)=r0;//設(shè)置外部空間大小
7) r0=0x21a8c429;dm (WAIT)=r0;
//用2個(gè)軟等待訪問MS0
8) r7=0x07;dm(CANALE)=r7;
//ALEhigh＝1，CANALE為CANWE的取反
9) r4=addr;dm(CANRW)=r4;
//寫入要訪問的SJA1000的內(nèi)部寄存器空間地址
10) r7=dm(CANNALE);
//ALEhigh=0，CANALE總為0
11) r7=0x07;dm(CANCS)=r7;
//CANCS＝0
12) r3=dm(CANRW);
//讀取SJA1000相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)
13) r1=3;dm(CANRW)=r1;
//寫入數(shù)據(jù)到SJA1000相應(yīng)地址
14) r7=dm(CANNCS);
//CANCS＝1

運(yùn)行指令8、9、11、13各花費(fèi)100ns，運(yùn)行指令10、12、14各花費(fèi)75ns，所以完成一次讀或?qū)懶?25ns。速度比前文的簡化設(shè)計(jì)要慢一點(diǎn)，但這種設(shè)計(jì)更利于擴(kuò)展，適合于多個(gè)外設(shè)接口，同時(shí)節(jié)省了兩個(gè)Flag引腳。當(dāng)SJA1000工作在最大傳輸速度1Mbit/s時(shí)，由于在一個(gè)數(shù)據(jù)幀中會(huì)插入約42bit其它幀信號(hào)，所以完成8bit傳輸?shù)臅r(shí)間約為50s。前兩種設(shè)計(jì)的速度分別是其167倍和95倍。所以這兩種設(shè)計(jì)都能滿足SJA1000的傳輸速度要求。

CPLD程序設(shè)計(jì)


圖4 CPLD的邏輯圖

圖4中，用74138進(jìn)行譯碼，生成ALE、CS等信號(hào)。當(dāng)執(zhí)行指令6時(shí)，設(shè)置了外部空間的大小，在訪問地址0x400000～0x4fffff時(shí)會(huì)使能MS0，74138的G2AN將有效。當(dāng)?shù)刂稟11A8=0001，Y1N＝0，CANCS的清零由DSP的RD控制，RD信號(hào)的低電平將使CANCS＝0，指令11完成此功能。當(dāng)?shù)刂稟11A8=0010，數(shù)據(jù)D19D16＝1000，則Y2N=0，DSP的WR信號(hào)的將使CANCS=1，指令14完成此功能；當(dāng)?shù)刂稟11A8=0101，數(shù)據(jù)D19D16=0111，則Y5N＝0，DSP的WR信號(hào)沿將使ALEhigh＝1，此時(shí)CANWE始終保持1，CANALE為WR取反，指令8完成此功能；當(dāng)?shù)刂稟11A8=0110，則Y6N＝0，RD信號(hào)的低電平將使ALEhigh=0，此時(shí)CANALE始終保持0，CANWE為WR，指令10完成此功能。

ADSP21062僅有3個(gè)外部中斷，在掛多個(gè)外設(shè)時(shí)就顯得資源緊張。圖4中，低電平有效或下降沿有效的中斷信號(hào)可以用與的關(guān)系連接到一個(gè)中斷上，DSP在響應(yīng)中斷后，讀相應(yīng)的多個(gè)外設(shè)，判斷是來自哪一個(gè)外設(shè)，這樣就可以擴(kuò)展更多的中斷。

結(jié)語

SJA1000接口為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用模式,DSP處理器通常為地址/數(shù)據(jù)總線分離的結(jié)構(gòu)，本文提供了兩種不同接口的思路和方法。測試表明，這種方法確實(shí)可行，傳輸效率高。