论文部分内容阅读
作为嵌入式工业控制局域网的标准总线,现场总线CAN(Controller Area Network)具有较高的可靠性和良好的错误检测能力,在计算机控制系统中得到大量应用。VxWorks作为一种强实时操作系统,因其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在多种领域的控制平台中。为实现控制系统对现场总线的管理,本文以工控机作为控制系统的硬件平台、嵌入式操作系统VxWorks为软件平台,采用CAN总线作为通信网络,实现了基于VxWorks的CAN总线通信系统。基于系统的应用需求,采用自顶向下的方法对VxWorks操作系统下的CAN通讯卡进行研究。论文设计了具有PCI(Peripheral Component Interconnect)总线接口的4通道CAN通讯卡,开发了CAN通讯卡在VxWorks操作系统下的驱动程序。其中CAN通讯卡的设计包括硬件结构设计和内部逻辑设计；驱动程序设计包括内存映射和开发驱动程序。论文首先对CAN通讯卡的硬件电路和内部逻辑功能进行了设计。该卡的硬件结构采用FPGA(Filed Programmable Gate Array)作为主控芯片,CAN通信模块由CAN总线控制器MCP2515和CAN总线收发器CTM8251组成。内部逻辑功能均在FPGA内部实现；采用模块化的设计思想,主要功能模块包括：PCI总线从接口模块、主控制器模块、SPI(Serial Peripheral Interface)接口模块。PCI总线从接口模块是主机与CAN通讯卡通信的纽带；主控制器模块是CAN通讯卡的控制中心；SPI接口模块是主控制器与CAN协议控制器通信的桥梁。论文随后对VxWorks操作系统下CAN通讯卡的驱动程序进行了设计,分析了VxWorks内核、BSP(Board Support Package)和驱动程序的关系。在此基础上,实现了CAN通讯卡在VxWorks系统中的内存映射,并开发了该CAN通讯卡在VxWorks操作系统下的驱动程序。论文最后设计了测试方案,编写了测试程序,对CAN通讯卡的性能进行了测试。实验结果表明,在VxWorks操作系统下,自行设计的CAN通讯卡可以实现4路数据同时收发,而且4路之间相互独立,每通道的数据吞吐率均不低于1000帧/s。