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CAN總線(xiàn)以其開(kāi)發(fā)維護成本低、總線(xiàn)利用率高、傳輸距離遠(最遠可達10 km)、傳輸速率高(最高可達1 Mbps)使用戶(hù)能組建穩定、高效的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。CAN總線(xiàn)已被廣泛應用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統中，例如汽車(chē)電子、自動(dòng)控制、智能大廈、電力系統、安防監控等領(lǐng)域。隨著(zhù)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )區域的擴大，2個(gè)節點(diǎn)之間的直接數據傳輸將難以滿(mǎn)足遠距離通信要求。CAN中繼器是延長(cháng)CAN總線(xiàn)通信距離的中轉站，其通信效率和通信可靠性直接影響CAN總線(xiàn)的通信能力。傳統的基于單MCU的CAN中繼器難以滿(mǎn)足大量數據的中轉要求，本文基于雙MCU設計高性能的CAN總線(xiàn)中繼器。 1 系統總體設計 CY7C136是2 KB高速CMOS靜態(tài)RAM。同一片RAM上有2組數據線(xiàn)和2組地址線(xiàn)，對每個(gè)端口的控制是相互獨立的，可分別在存儲器的任意位置存取數據。 雙口RAM作為2個(gè)MCU的共享資源，一個(gè)端口與MCUl相連，另一個(gè)端口與MCU2相連。從SJAlOOOCAN總線(xiàn)接口1接收來(lái)的數據送入雙口RAM，這些數據被MCU2取走并送到SJAl000 CAN總線(xiàn)接口2上；從SJAl000 CAN總線(xiàn)接口2接收來(lái)的數據也送入雙口RAM，并被MCUl取走送到SJAl000 CAN總線(xiàn)接口1上。由于MCU的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)是復用的，因此采用鎖存器進(jìn)行地址鎖存，硬件總體結構如圖1所示。 2 硬件電路實(shí)現 電路中使用的2片MCU為8051系列單片機AT89C52，成本低、開(kāi)發(fā)周期短、易于實(shí)現、可靠性高。MCUl與MCU2之間通過(guò)P1口的P1．5、P1．6、P1．7進(jìn)行聯(lián)絡(luò )與應答，保證系統存儲空間訪(fǎng)問(wèn)的安全性。 2．1 MCU主控制電路 MCUl(AT89C52片1)連接的外圍設備有雙口RAM和CAN總線(xiàn)控制器。為了防止地址沖突，采用74LS138譯碼器進(jìn)行地址譯碼。AT89C52的PO為地址／數據復用口，采用74HC573作為地址鎖存器。由于MCUl和MCU2電路原理相同，本文只介紹MCUl控制電路。MCUl電路原理如圖2所示。 2．2 雙口RAM接口電路 雙口RAM電路接口如圖3所示。雙口RAM芯片CY7C136作為2個(gè)MCU數據的中轉站，分別與2個(gè)MCU的相應引腳相連。其中CY7C136引腳I／O0L～1／O7L與第1片AT89C52(MCUl)的PO相連，引腳I／OOR～I／O7R與第2片AT89C52(MCU2)相連。YOAOUT為MCU1讀寫(xiě)雙口RAM的片選信號，Y1AOUT為MCU2讀寫(xiě)雙口RAM的片選信號，并將MCU的讀寫(xiě)控制信號線(xiàn)與雙口RAM的相應讀寫(xiě)控制信號線(xiàn)相連。 2．3 CAN總線(xiàn)控制器接口電路 CAN總線(xiàn)控制器采用sJAl000。74LSl38譯碼器的YO引腳輸出作為SJAl000的片選信號。中斷引腳連接MCUl的INTO，作為處理CAN接收中斷的觸發(fā)信號。電路原理如圖4所示。 3 軟件設計實(shí)現 3．1 存儲空間分配思想 為使雙口RAM實(shí)現最高效率的應用，將2 KB的存儲空間設計成2個(gè)1 KB大小的環(huán)形隊列形式，每一個(gè)環(huán)形隊列的結構如圖5所示(圖中陰影部分為存有數據的區域，非陰影區域為空閑區域)。 3．2 程序控制流程 中繼器只是中轉來(lái)自總線(xiàn)上的數據，而這些數據是隨機的，因此接收采用中斷的方式。某一時(shí)刻只要SJAl000成功接收一幀數據，就會(huì )向負責本端口的MCU申請中斷，進(jìn)行數據接收，并將數據送入環(huán)形隊列queue。 當環(huán)形隊列中有待發(fā)送的數據時(shí)，程序的處理流程如圖6所示(其中，tail和bead分別為環(huán)形隊列的尾指針和頭指針)。MCU首先獲取對方環(huán)形隊列中的信息，主要是查看環(huán)形隊列信息是否為空，如果為空則不對其操作。如果不為空，則隊列中有待發(fā)送的信息，于是啟動(dòng)一次信息發(fā)送。如果發(fā)送成功，則通過(guò)聯(lián)絡(luò )信號通知對方修改環(huán)形隊列指針。 4 測 試 對基于雙口RAM的雙MCU中繼器進(jìn)行壓力測試(高數據負載率下測試)。短距離內向2個(gè)CAN口加載10 000幀數據，測試中繼器成功中轉情況，其結果如表1所列(表身數據為成功中轉幀數)。根據CAN總線(xiàn)規定，其平均負載率不超過(guò)65％，傳統的單MCU CAN中繼器平均負載率很難達到60％。從表1可以看出，引入雙MCU后CAN中繼器的性能大大提高，能在負載率超過(guò)60％的情況下穩定工作。環(huán)形隊列queue溢出的情況可以通過(guò)增加雙口RAM的大小來(lái)解決。 結 語(yǔ) 采用雙MCU配合雙口RAM設計CAN總線(xiàn)中繼器，解決了單MCU無(wú)法快速處理CAN總線(xiàn)負載過(guò)重的問(wèn)題，使其性能和效率得到了很大提高，為CAN中繼器在工程領(lǐng)域的優(yōu)化設計提供了良好的技術(shù)平臺和解決方案。 |
