一種雙CAN口同步通訊板的設(shè)計(jì)

　　隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求武器系統(tǒng)在戰(zhàn)場(chǎng)條件下的可靠性和維修性提高，傳統(tǒng)分離式控制系統(tǒng)的快速保障難以滿足要求。這里提出一種基于TMS320LF2407A的雙CAN口同步通訊板設(shè)計(jì)，TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定點(diǎn)DSP控制器，它采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗；40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns（40MHz），從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；集成了32K字的閃存（可加密）、2.5K的RAM、500ns轉(zhuǎn)換時(shí)間的A／D轉(zhuǎn)換器，片上事件管理器提供了可以滿足各種電機(jī)的PWM接口和I／O功能，此外還提供了適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的一些特殊功能，如看門(mén)狗電路、SPI、SCI和CAN控制器等，從而使它可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。

　　2 雙CAN口同步通訊板總體設(shè)計(jì)方案

　　TTCAN通過(guò)獨(dú)占窗口的方式解決消息傳送的確定性問(wèn)題，提高總線利用率，試圖滿足應(yīng)用發(fā)展的要求。但是在惡劣環(huán)境的高誤碼率下，傳送的可靠性下降，容錯(cuò)的措施不成熟，成本較高。PLC可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。 圖1為雙CAN口同步通訊板原理圖。

　　考慮到PLC的循環(huán)工作模式、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)刻的隨機(jī)性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆菍?shí)時(shí)性等因素，則將MPC2515 CAN獨(dú)立控制器作為PLC與同步通訊板之間的內(nèi)部通訊接口。針對(duì)系統(tǒng)TTCAN網(wǎng)絡(luò)必須在指定時(shí)隙內(nèi)實(shí)時(shí)完成數(shù)據(jù)接收、發(fā)送、交換和處理的特點(diǎn)，只有將 TMS320LF2407的內(nèi)部CAN控制器配合內(nèi)部高速總線、高速RAM以及DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力，才能滿足TTCAN網(wǎng)絡(luò)要求，因此選用 TMS320LF2407的內(nèi)部CAN控制器作為T(mén)TCAN網(wǎng)絡(luò)的通訊接口。

　　3 雙CAN口同步通訊板接口硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 同步信號(hào)接口

　　同步信號(hào)是指在同一載體內(nèi)同時(shí)發(fā)出的多個(gè)信號(hào)源，使接收者能收到更多或更好的信息。同步信號(hào)應(yīng)包含行同步信號(hào)、場(chǎng)同步信號(hào)和色同步信號(hào)（彩色負(fù)載波）三種。為了進(jìn)一步提高同步信號(hào)抗干擾能力，在兩條差分傳輸線輸入端采用磁珠消除疊加在同步信號(hào)上的共模干擾，并采用高速光耦隔離對(duì)通訊板其他器件的干擾，這樣可以確保同步信號(hào)接口的可靠性，其電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

　　3.2 同步通訊板與PLC CAN接口

　　該接口電路使用CAN2.0B協(xié)議實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)通訊。TMS320LF2407通過(guò)10 MHz SPI接口配置MPC2515的參數(shù)。數(shù)據(jù)收／發(fā)控制均采用硬件方式將信號(hào)接入TMS320LF2407的外部中斷源INT2與INT3。TMS320LF2407可以對(duì)MCP2515進(jìn)行讀操作；當(dāng)RX0BF和RX1BF為高電平時(shí)，表明MCP2515未接收到有效數(shù)據(jù)。發(fā)送請(qǐng)求控制使用TMS320LF2407的IO接口向MCP2515發(fā)出硬件請(qǐng)求命令TX0RST， TX1RST，TX3RST來(lái)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)送請(qǐng)求。其電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

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　　4 雙CAN口同步通訊板軟件設(shè)計(jì)

　　雙CAN口同步通訊板軟件分為3個(gè)模塊：

　　（1）CAN隨機(jī)通訊模塊負(fù)責(zé)與PLC的隨機(jī)CAN通訊，接收來(lái)自PLC的突發(fā)數(shù)據(jù)，發(fā)送來(lái)自TTCAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；

　　（2）TTCAN通訊模塊負(fù)責(zé)與TTCAN網(wǎng)絡(luò)通訊，TTCAN是一種基于CAN總線充分利用時(shí)間觸發(fā)與事件觸發(fā)兩種機(jī)制優(yōu)點(diǎn)的新型協(xié)議，其具有帶寬利用率高、通訊延時(shí)低以及消息傳輸可管理等特點(diǎn)，對(duì)于分布式硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用以及解決網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中消息延時(shí)具有重大的意義。在同步信號(hào)控制下按時(shí)序要求向TTCAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收來(lái)自PLC的隨機(jī)CAN數(shù)據(jù)：

　　（3）數(shù)據(jù)緩沖模塊負(fù)責(zé)PLC和TTCAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的同步，完成必要的通訊處理任務(wù)。圖4為各模塊之間的協(xié)同工作流程。

　　4.1 CAN隨機(jī)通訊模塊軟件

　　首先初始化TMS320LF2407的SPI接口，然后設(shè)置MCP2515 CAN的通訊參數(shù)完成模塊的初始化。函數(shù)SPI_WRITE_COMMAND（unsigned int ADDRESS，unsigned intDATA）更新MCP2515的指定寄存器中的內(nèi)容；函數(shù)SPI_READ_COMMAND （unsigned int ADDRESS） 讀取MCP2515指定寄存器；函數(shù)RTS_123（unsigned int NUM）從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)提取數(shù)據(jù)按指定通道數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC；函數(shù)RANDOM_RCV（）將來(lái)自PLC的數(shù)據(jù)經(jīng)查詢(xún)接收后存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

　　4.2 TTCAN通訊模塊軟件

　　該模塊由甬?dāng)?shù)CAN_INIT（）完成對(duì)TMS320LF2407內(nèi)部CAN控制器的初始化及通訊參數(shù)設(shè)置；函數(shù)dsp_can_send（unsigned int IDH，unsigned int IDL，unsigned int*data1）從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)提取數(shù)據(jù)向TTCAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；接收中斷服務(wù)函數(shù)CAN_RCV_ISR（）從TFCAN網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；而同步信號(hào)接收函數(shù)sytem_syn（）實(shí)現(xiàn)與TTCAN網(wǎng)絡(luò)的同步以及發(fā)送時(shí)隙的控制。

　　4.3 數(shù)據(jù)緩沖模塊軟件設(shè)計(jì)

　　該模塊是雙CAN口同步通訊板的核心，其目的就是確保來(lái)自PLC的隨機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)該模塊后可以實(shí)現(xiàn)向，TTCAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)是在同步信號(hào)控制下，按指定時(shí)隙發(fā)送，來(lái)自TTCAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)經(jīng)該模塊做必要的解析后轉(zhuǎn)發(fā)給PLC。為此設(shè)計(jì)兩個(gè)循環(huán)隊(duì)列緩沖區(qū)mcp2515_rcv_buffer和dsp_rcv_buffer實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)與TTCAN網(wǎng)絡(luò)同步。實(shí)現(xiàn)方法如下：

　　（1）通訊板接收到PLC數(shù)據(jù)后，將其數(shù)據(jù)存放到mcp2515_rcv_buffer緩沖區(qū)中，然后MCP2515指示索引 mep2515_rcv_index加1；DSP CAN同步數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)按索引dsp_send_index的值從mcp2515_rcv_buffer緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)位置提取發(fā)送數(shù)據(jù)，然后該索引值加1，dsp_send_index==mcp2510_rcv_index，表明MCP2515緩沖器已滿。

　　（2）同步CAN口接收的數(shù)據(jù)存放到dsp_rcv_buffer緩沖區(qū)，然后指示索引dsp_rcv_index加1；MCP2515數(shù)據(jù)發(fā)送使用索引 mcp2510_send_index在循環(huán)緩沖區(qū)dsp_rcv_buffer提取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC CAN。當(dāng)mcp2510_send_index==dsp_rcv_index，表明DSP接收緩沖區(qū)空；（dsp_rcv_index+1）％ FIFOMAX==mcp2510_send_index表明DSP緩沖隊(duì)列滿。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　該雙CAN口同步通訊板在連續(xù)600 h、不同數(shù)據(jù)流量的測(cè)試中表現(xiàn)良好，無(wú)任何異常?，F(xiàn)已成功應(yīng)用于某型防空武器火力控制分系統(tǒng)。實(shí)踐表明該設(shè)計(jì)能夠很好擴(kuò)展PLC在防空武器系統(tǒng)TTCAN 網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用，極大提高了火力控制系統(tǒng)在戰(zhàn)場(chǎng)條件下的可靠性和可維護(hù)性，符合模塊化設(shè)計(jì)總要求。同時(shí)，該雙CAN口同步通訊板也可廣泛用于事件觸發(fā)數(shù)據(jù)與 TTCAN網(wǎng)絡(luò)的接入應(yīng)用。