一種基于ARM920T的現場總線控制系統

　　1、引言

　　隨著工業控制系統逐步的自動化，現代化，現場總線控制系統得到越來越多的重視和應用，CAN總線是目前開發簡單，性能價格比高的一種現場總線。相對其他現場總線而言，CAN通信控制器的生產廠家最多、品種最全、應用也最為廣泛。基于現場總線控制系統智能化、復雜度的提高，作為現場總線的核心部件微處理器，傳統的51芯片，甚至ARM7已經逐漸不能滿足需要，ARM9成為合適的選擇。但許多ARM9并沒有集成CAN接口，擴展CAN接口成為當務之急。且ARM9將數據地址總線分開，而CAN控制器為數據地址總線復用，使得CAN的擴展不能一味照搬51處理器的方式。在CAN模塊驅動開發上，現有資料往往只針對Linux系統上的驅動開發進行介紹，而現場總線控制系統對實時性的要求使得Linux系統要讓位于更多的實時操作系統。

　　本文介紹了一種基于ARM920T現場總線的控制系統，詳細說明了其上擴展CAN總線的兩種方式，并給出具體的CAN模塊在實時操作系統eCos 上驅動程序開發的步驟，最后對兩種擴展進行了簡要的比較。

　　2、現場總線控制系統簡介

　　該現場總線控制系統采用EP9315為核心處理器。EP9315是Cirrus Logic公司開發的一款基于ARM920T的工業級處理器。該現場總線控制系統除了外擴的CAN總線接口、還外擴64Mb SD RAM和32MB FLASH、并帶有PCMCIA 接口、E PROM接口、512kb SRAM、IDE接口、實時時鐘、視頻顯示、彩色VGA TFT LCD觸摸屏、支持模擬VGA連接、視頻解碼支持壓縮視頻輸出和S-VIDEO輸出、PS/2鍵盤，三個USB接口、三個串行接口、音頻接口、1/10/100Mbps以太網接口、紅外線接收口；實現了控制系統的數字化、智能化；可實現多種功能，使系統的控制功能本地化，提高了系統的可靠性、實時性；簡化了系統的結構。多接口的系統結構使系統的擴展，變更，拆裝更加靈活便利。

　　3、硬件系統擴展

　　3.1 CAN總線模塊結構

　　本文使用SJA1000T作為CAN控制器擴展CAN模塊。SJA1000T是使用于汽車和一般工業環境的獨立CAN總線控制器，具有完成CAN高性能通信協議所要求的全部必要特性；具有簡單總線連接的SJA1000T可完成物理層和數據鏈路層的所有功能。支持CAN2.0協議。

　　CAN總線收發器TJA1040T是CAN控制器和物理總線之間的接口芯片，增強了總線的驅動能力，從而增加CAN總線的通信距離并使得一條總線上可以掛更多的節點。

　　為增強CAN總線節點的抗干擾能力，SJA1000T的TXO和RXO并不直接與TJA1040的TXD和RXD相連，而是通過兩片光耦隔離芯片6N137與TJA1040T相連。很好地實現了收發器與控制器之間的電氣隔離，保護智能節點核心電路安全工作；并實現了總線上各CAN節點間的電氣隔離。需要強調的是：為實現這種電氣隔離，光耦器件兩側的直流電源必須是兩個無直接電氣聯系、相互隔離的直流電源。因而采用兩路DC-DC隔離電源實現。為進一步加強安全性和抗干擾能力，可在總線收發器TJA1040T與CAN總線間串接限流電阻，避免TJA1040T受過流沖擊。同時，在CANH和CANL，與地之間并聯了濾波電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾，并具備一定的防電磁輻射能力。此外，通信信號在線路上傳輸時，信號傳輸到導線的端點時會發生反射，反射信號會干擾正常信號的傳輸。為消除這種影響，可在CAN總線兩端并接匹配電阻，起到匹配總線阻抗和消除反射的雙重作用。若忽略這些措施，會使數據通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信。

　　3.2 CAN模塊與ARM9的兩種連接方式

　　SJA1000T數據地址總線復用，而整個ARM9系列包括ARM920T數據和地址總線分開。這就使得它與ARM9系列的連接不能像傳統的用于51單片機系列方式擴展連接，本文給出兩種擴展方式：全部IO口連接方式和最少IO口的數據信號線連接方式。

　　3.2.1 IO接口連接

　　微處理器的通用IO口可以提供一個簡便的方法來控制SJA100T。EP9315的GPIO信號提供了很大的靈活度來滿足SJA1000T時間上的要求。將SJA1000T數據地址復用總線全部與EP9315的通用IO接口連接。其它信號線WR、RD、ALE……也與IO接口連接。具體連接方式參考圖2。

　　3.2.2 數據信號線連接

　　除了全部由IO端口來控制CAN模塊，還可利用ARM9的數據線和信號線來實現CAN模塊的擴展。連接電路如圖3所示，凡SJA1000T以外的信號均為EP9315芯片上的信號管腳，SJA1000T數據地址復用總線與EP9315數據線相連，GPIOx、GPIOy、GPIOz可以是EP9315任意GPIO引腳，但選擇同一個通道的GPIO口將使編程更容易。注意SJA100T的INT可以連接CPU的INT也可以連接到帶有中斷的通用IO上。在EP9315中，GPIO的通道A，B，F有中斷功能。