嵌入式Linux下ARM处理器与DSP的数据通信

　　 近20 年来工业测控系统发展的趋势是:分散控制和集中管理、标准化和开放性。工业测控系统从传统的集中测量控制系统转向网络化的集散控制系统。随着现场总线技术高速发展和标准化程度不断提高,以现场总线技术为基础的开放型集散测控系统—现场总线测控系统得到了广泛的应用。同时,以太网的应用也迅速向工业测控系统渗透,在工业自动化应用中异军突起。

　　这种趋势的出现与计算机技术、信息技术、网络通信技术的高速发展相关。现代工业系统信息交换的需求也已经从管理层内部迅速覆盖到控制、现场设备等各个层次,连接上层网络和现场总线的通信设备成为工厂自动化系统中的关键设备之一。CAN-Ethernet通信模块,是一种直接连接以太网和CAN现场总线的设备,有效解决了控制系统中现场总线和上层信息管理层的互联问题,使自动化系统中的信息交换可以深入到现场设备一级。

　　1 　CAN 总线和以太网的连接

　　现有的CAN 总线到以太网的通信实现方案中,采用较多的是使用一台连接以太网的计算机,在计算机中安装一块内置式CAN通信板卡;或者通过计算机并行和串行接口外接CAN 的通信模块。这种方法有一定局限性,例如,使用计算机体积大,成本高;计算机故障后的重启速度慢,这可能严重影响系统的工作。采用基于ARM微处理器的单板机系统建立CAN-Ethernet 通信模块,可以很好地解决上述问题,降低系统的成本,提高其性能。CAN-Ethernet通信模块连接以太网和CAN 总线的结构如图1 所示。在以太网和CAN 总线之间,可以挂接一个通信模块连接两种网络,也可以使用多个通信模块形成多个通路。对于第二种情况,以太网上的计算机可以通过指定IP地址和上层协议的端口选择通路。

　　图4 　OE 和DIR 次态 卡诺图

　　根据卡诺图重新写出的次态逻辑产生式,消除单独输入(包括OE 和DIR 的当前状态) 变化可能引起的竞争- 冒险现象后为:

　　OEn = (nOE &nWE) # (nOE & ! DIR) # (nWE &DIR) # (nGCS3 &nGCS4 &nGCS5) ; ///

　　DIRn = ( ! OE &DIR) # (nOE &DIR) # (nOE &OE) # (nGCS3 & nGCS4 &nGCS5) ;

　　编译GAL 逻辑时应严格按照逻辑式生成与或逻辑。

　　2. 2 　CAN 总线通信控制芯片SJA1000 的读写

　　CAN总线通信控制芯片SJA1000 没有提供单独的地址线,而使用可以与Intel 和Motorola系列微控制器兼容的分时复用地址/ 数据线。在一个读写周期内,微控制器首先输出操作地址并使地址锁存信号ALE 有效,SJA1000 在ALE 信号的下降沿将操作地址锁在片内;之后微处理器发出读写信号进行数据传输。但S3C44B0x 的数据线和地址线是分离的,对SJA1000 的读写操作需要模拟微控制器,先在数据线上写一个操作地址,并模拟产生一个ALE 信号锁存这个地址,之后进行正常的读写操作。系统使用地址线ADDR0 区分地址传输和数据传输:写奇地址时,不选通SJA1000 芯片,但给出一个有效的模拟ALE 信号;读写偶地址时,选通SJA1000 读写数据。另外,系统同时有两路CAN 总线接口,读写操作根据地址线ADDR1 区分两个SJA1000 芯片,两个片选信号和ALE 信号都要通过GAL 芯片产生,各信号如图5所示。

　　图5 　SJA1000 控制信号的产生

　　图中虚线是向SJA1000 传输和锁存地址的过程,实线是读写操作的过程。用ABEL 语言书写的各信号产生逻辑式为:

　　CAN-CS = nGCS4 # ADDR0 ;

　　ALE = ! nWE &ADDR0 & ! nGCS4 ;

　　对SJA1000 的操作地址如下:地址锁存向0x08000001端口写地址;数据读写通过地址0x08000000。

　　3 　通信模块的软件设计

　　通信模块和CAN 总线上的设备节点之间直接通过SJA1000收发CAN 总线报文进行通信,报文中的数据格式可以是基于CAN 总线的上层标准协议,也可以由用户定义。为了方便与以太网上计算机的通信,CAN-Ethernet 通信模块在以太网一端使用UDP协议,这样,计算机上的软件可以使用操作系统提供的网络访问服务。

　　每一个CAN-Ethernet 通信模块需要设定局域网内一个惟一的IP地址,通过固定的UDP端口和计算机通信。模块和计算机之间既可以使用对单点IP的通信,也可以在UDP端口发送广播报文。在以太网一端,通信模块接收到UDP 报文后,将其中的信息组织成CAN 总线报文发往CAN 总线;在CAN 总线一端,通信模块接收报文标识能够通过本节点接收码和接收掩码设置的CAN 总线报文,并封装为UDP 报文,转发到以太网上。各节点IP 地址、UDP工作端口和CAN报文接收掩码等设置在系统初始化时进行。

　　3. 1 　通信控制芯片的初始化和收发操作

　　对SJA1000T的基本操作如下:

　　①初始化:硬件复位,进入复位方式; 设置为BasicCAN 模式,CDR = 0x08 ;设置波特率控制字BTR0 ,BTR1 ;设置接收码和接收掩码ACR、AMR;完成设定,进入工作模式,CR = 0x1E。 　　

　　②发送:将CAN 总线报文写入SJA1000T 发送缓冲区TX2IDR1～2 , TXDR1～8 ;写发送命令,CMR = 0x01。

　　③接收:从RXIDR1～2、RXDR1～8 读出CAN 一帧CAN 总线报文;将SJA1000T 的接收缓冲区窗口滑动到下一帧,CMR =0x04。

　　RTL8019AS内部有页地址为0x40～0x79 的256个缓冲页,每页256B。这些缓冲页的一部分作为接收缓冲区,起始页地址和结束页地址通过PSTART、PSTOP 寄存器配置,剩余可以作为发送缓冲区使用。硬件把接收缓冲区作为环形缓冲区使用,CURR寄存器和BNRY寄存器分别指明缓冲区中未使用部分的起始和结束页地址。硬件接收到数据后会自动修改CURR 的值,而BNRY需要读出一帧数据后由软件修改;对RTL8019AS的基本操作如下:

　　①初始化:硬件复位操作,进入停止方式;写入物理地址到PR0～PR5 ,写入0x00 到多点接收地址寄存器MAR;设置内部发送缓冲区器起止页地址到PSTART、PSTOP;写入当前　

　　页地址到CURR和页地址界寄存器BNRY中;进入正常工作方式,CR =0x02。

　　②发送:将以太网报文载入在RTL8019AS中设置的发送缓冲区中;写发送起始页地址到TPSR ,写发送内容长度到TBCR0～1 ;写发送命令,CMR = 0x1A。

　　③接收:从在RTL8019AS中设置的接收缓存页中读出一帧以太网报文;根据报文长度改变页地址界限BNRY的值。

　　3. 2 　UDP 和CAN 报文的转换

　　CAN - Ethernet 通信模块收到CAN 总线报文时,将整个报文封装在一帧UDP 报文中;接收到目的端口与自己的工作端口相符的UDP 报文时,取出其中的数据段作为一帧CAN 总线报文。以太网报文到CAN 总线报文的具体转换过程如下:

　　①如果接收到的以太网报文包含IP 报文,分解出IP 报文,否则抛弃这帧报文;

　　②如果IP 报文的目的地址匹配,并且包含一帧UDP 报文,分解出UDP 报文,否则抛弃;

　　③如果UDP 报文的目的端口匹配,分解出其中的CAN 总线报文,否则抛弃。