基于ARM9的1553B與CAN總線轉(zhuǎn)換卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　3.2 轉(zhuǎn)換卡軟件實(shí)現(xiàn)方式

　　在整個(gè)的轉(zhuǎn)換卡實(shí)現(xiàn)中面臨的最大問(wèn)題就是轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)性和緩沖數(shù)據(jù)管理，為此轉(zhuǎn)換卡通過(guò)使用實(shí)時(shí)性非常好的搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng)RTLinux來(lái)解決。他不但能滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，完成總線兩邊緩沖數(shù)據(jù)管理，還能為應(yīng)用程序和轉(zhuǎn)換程序提供一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境。轉(zhuǎn)換程序主要完成兩個(gè)功能：把1553B總線來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN總線的幀結(jié)構(gòu)，或者相反；把1553B總線來(lái)的命令解析，轉(zhuǎn)換成CAN總線系統(tǒng)的命令并組成CAN的幀結(jié)構(gòu)發(fā)送。轉(zhuǎn)換卡采用MiniGUI來(lái)為用戶提供實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的圖形界面，這個(gè)圖形界面可以通過(guò)轉(zhuǎn)換卡擴(kuò)展的LCD很好地完成信息交換過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)視的任務(wù)。最后通過(guò)ARM9的JTAG口可以對(duì)ARM9中運(yùn)行的應(yīng)用程序和轉(zhuǎn)換程序進(jìn)行修改與調(diào)試。

　　3.3 轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換機(jī)制

　　設(shè)計(jì)中采用中斷源優(yōu)先級(jí)控制機(jī)制，不同的中斷源設(shè)置不同的中斷等級(jí)，以滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。這種機(jī)制主要是基于下列考慮：

　　(1)來(lái)自1553B，CAN以及串口的硬中斷請(qǐng)求信號(hào)及來(lái)自應(yīng)用程序的軟中斷信號(hào)都是隨機(jī)的。中斷機(jī)制可以使ARM9能夠?qū)崟r(shí)地響應(yīng)各個(gè)中斷，并做出相應(yīng)的動(dòng)作。實(shí)時(shí)性要求相對(duì)比較高的1553B端點(diǎn)中斷被賦予高優(yōu)先級(jí)，可以剝奪CAN，串口等相對(duì)低優(yōu)先級(jí)的中斷的服務(wù)。而CAN被賦予次高優(yōu)先級(jí)，應(yīng)用程序以及串口被賦予最低優(yōu)先級(jí)。

　　(2)1553B和CAN的數(shù)據(jù)傳輸速率是不同的。CAN總線的不同配置，1553B總線控制器的不同調(diào)度都會(huì)引起1553B和CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速率的變化，可能1553B比CAN快，也可能CAN比1553B快。采用中斷方式可以大大降低慢速對(duì)較高速設(shè)備的處理延時(shí)。

　　同時(shí)在硬件的設(shè)計(jì)中考慮到軟件編程的靈活性，因此所有的中斷信號(hào)都設(shè)計(jì)成可以通過(guò)查詢得到。

　　3.4 硬件測(cè)試

　　在硬件完成后，對(duì)整個(gè)硬件進(jìn)行了測(cè)試。首先把1553B端點(diǎn)聯(lián)入1553B總線系統(tǒng)中，他能正確地響應(yīng)總線，通過(guò)示波器觀測(cè)由變壓器和收發(fā)器變換后的信號(hào)和序列，得到的信號(hào)電平和序列都符合既定的要求。然后把1553B端點(diǎn)協(xié)議寫入FPGA和ARM，測(cè)試端點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間，即接收命令字到發(fā)出狀態(tài)字之間的間隔，這個(gè)時(shí)間為1.5～2.5μs之間，完全滿足1553B總線的協(xié)議要求。最后把CAN總線、串口、LCD接口都連接上，整個(gè)硬件工作良好。

　　4 轉(zhuǎn)換卡功能及特點(diǎn)

　　4.1 轉(zhuǎn)換卡的主要功能

　　(1)轉(zhuǎn)換卡在一個(gè)既定的協(xié)議下能夠?qū)崿F(xiàn)CAN總線系統(tǒng)與1553B總線系統(tǒng)的信息交互，同時(shí)滿足兩總線系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

　　(2)轉(zhuǎn)換卡可以單獨(dú)作為一個(gè)CAN總線的節(jié)點(diǎn)或者1553B總線端點(diǎn)連入總線系統(tǒng)，完成相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)功能。

　　(3)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和監(jiān)控。應(yīng)用轉(zhuǎn)換卡的LCD擴(kuò)展口和串口，用戶可以通過(guò)LCD顯示屏或者外部計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制兩總線之間的信息轉(zhuǎn)換。

　　4.2 硬件主要特點(diǎn)

　　(1)1553B端點(diǎn)協(xié)議采用FPGA與ARM芯片共同實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)不但可以通過(guò)更改協(xié)議實(shí)現(xiàn)程序把端點(diǎn)配置成遠(yuǎn)程端點(diǎn)、控制器、監(jiān)視器等3種不同功能的端點(diǎn)，而且因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)ARM9與FPGA共同實(shí)現(xiàn)的總線協(xié)議，所以當(dāng)接收完1553B總線數(shù)據(jù)后可以直接觸發(fā)總線轉(zhuǎn)換程序，從而減少單獨(dú)采用1553B協(xié)議芯片時(shí)對(duì)ARM9的數(shù)據(jù)中斷請(qǐng)求時(shí)間，更好地滿足了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。最后這種設(shè)計(jì)與直接購(gòu)買1553B端點(diǎn)協(xié)議芯片相比明顯地減少了硬件成本，有利于1553B總線的推廣和應(yīng)用。

　　(2)可以兼容不同速率的CAN總線，通過(guò)改變初始化配置，可以實(shí)現(xiàn)不同速率的CAN總線與1553B總線系統(tǒng)通信。轉(zhuǎn)換卡對(duì)ARM9實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)擴(kuò)展，外擴(kuò)了16 MB FLASH和32 MB RAM，因此當(dāng)總線兩邊數(shù)據(jù)傳輸速率不匹配時(shí)，就可以把等待發(fā)送的數(shù)據(jù)放到專門開辟的緩沖區(qū)中存放，等待總線空閑時(shí)再發(fā)送，雖然CAN總線的最快傳輸速率與1553B相同，但是由于1553B是主從式總線，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)只能傳輸一定的數(shù)據(jù)量，所以他的數(shù)據(jù)傳輸速率有可能還比CAN總線慢，因此數(shù)據(jù)的緩沖是兩方面的。

　　(3)擴(kuò)展了LCD接口和串口。在現(xiàn)場(chǎng)可以通過(guò)40針接口的LCD或者上層的計(jì)算機(jī)監(jiān)控兩總線之間的信息交互，還可以通過(guò)串口和ARM9的JTAG口實(shí)時(shí)地調(diào)試ARM9中的程序。

　　(4)良好的實(shí)時(shí)性。在接口中，通過(guò)對(duì)CAN和1553B總線中斷應(yīng)答優(yōu)先級(jí)的設(shè)置，可以非常好地滿足整個(gè)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

　　5 結(jié) 語(yǔ)

　　通過(guò)實(shí)際應(yīng)用證明，基于ARM9的1553B和CAN總線轉(zhuǎn)換卡無(wú)論硬件還是軟件都能夠很好地滿足1553B和CAN總線對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性以及速率的要求，在一定的命令體系中能夠很好地完成CAN與1553B總線之間的信息轉(zhuǎn)換。