CN101478451A - Pci接口型canopen网络数据分析仪及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CAN网络系统的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法。包括主控制器模块、CAN网络信号采集模块、PCI总线接口模块以及供电单元。CAN网络信号由CAN网络信号采集模块接收，经主控制器模块分析处理，将解析后的数据发送给PCI总线接口模块，再经PCI总线接口模块发送到PCI总线。

Description

PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法

技术领域

本发明涉及机车网络系统应用。

背景技术

CAN标准网络总线是一种可用于铁路领域的网络系统，由于它的可靠性、灵活性而被世界上越来越多的国家所采用。

CAN网络只定义了物理层和链路层，目前应用广泛的CANOPEN标准定义了CAN网络的应用层协议，但由于CANOPEN网络的专业性很强，而且目前的测试手段和测试仪器还很少，尤其是适合于现场使用的便携式CANOPEN分析设备更是一片空白。

研究设计一种新型的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，使其适用于铁路领域的网络系统—CAN标准网络总线的数据分析设备、适用于具有CAN总线网络的机车中是非常必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，从而解决铁路机车使用的CAN总线网络数据分析设备的一片空白的落后现状。本发明所述的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪，包括主控制器模块、CAN信号采集模块、PCI总线接口模块以及供电单元。所述的CAN信号采集模块通过CANH和CANL引脚与CAN总线相连。所述的主控制器模块通过内部集成的CAN2.0B控制器的CANRX0和CANTX0引脚与CAN信号采集模块的TXD、RXD引脚相连，所述的PCI总线接口模块的数据线51—58、地址线33—39和42—50及RD、WR、SYS_EX引脚与主控制器模块的PA0-PA10和PB0-PB15相连，AD0-AD31、CBE0-CBE3及时钟、复位等信号与PCI总线的对应接口相连。所述的供电单元将+5V电压送入CAN信号采集模块和PCI总线接口模块，将+3.3V和+2.5V电压送入到主控制器模块，供电单元的参考地输出GND则与CAN信号采集模块、PCI总线接口模块及主控制器模块的所有GND引脚相连。CAN信号经CAN信号采集模块转换为串行输入输出信号后送入主控制器模块，数据在主控制器模块内进行解析、处理、存储，最后以并口数据的形式发送给PCI总线接口模块，再由PCI总线接口模块转换为32位高速PCI总线信号，送入PCI总线。本发明所述的主控制器模块是由AT91SAM7A3构成，CAN信号采集模块是由PCA82C250构成，PCI总线接口模块是由CH365构成，供电单元电路包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T。

一种如权利要求1所述PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪的控制方法，其控制过程包括系统初始化和CAN邮箱初始化的步骤，还包括下述步骤：

A、CANOPEN PDO参数配置；

B、对主控制器模块是否接收到CAN数据进行判断，并在下述步骤中进行选择：

C、未接收到CAN信号，返回初始化；

D、接收到CAN信号，则对其进行数据处理；

E、向PCI总线接口模块发送数据，并返回系统初始化。

本发明的目的是提供一种基于CAN网络系统的CANOPEN接口机车用能耗记录仪及其控制方法，整个系统包括硬件和软件两部分。

硬件的作用主要是为各模块提供物理连接，负责CAN信号的采集，读取CAN总线相关数据，并为PCI总线提供传输数据的接口，同时还要负责工作电源的提供等。

软件的作用主要是对控制模块初始化，配置各种相关数据，并根据现场应用要求，在主控芯片中处理接收到的数据，控制数据的发送。

CAN，全称为“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。

CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。

CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。CAN层的定义与开放系统互连模型(OSI)一致，定义了模型的最下面两层：物理层和数据链路层。

CANopen的核心概念是设备对象字典(OD：Object Dictionary)，在其它现场总线(Profibus，Interbus-S)系统中也使用这种设备描述形式。对象字典(OD：Object Dictionary)是一个有序的对象组；每个对象采用一个16位的索引值来寻址，是在CANopen中实现的。

本发明中所述的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法正是基于CAN标准网络总线而使用的。这种数据分析仪针对以上提出的问题，可对CANOPEN数据进行分析记录，只要将设备接入CAN标准网络中就可完成数据分析工作，安装方便，操作简单，使用可靠，是在列车控制网络化的大环境下应运而生的新产品。

由于CAN网络技术是国际上许多大公司采用的工业现场网络技术，使用范围愈加广泛，PCI技术也比较通用，而网络数据的分析又是对列车调试、维护、检修中的一项重要的工作，因此基于CAN网络的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪既顺应发展趋势又具有很强的实用性。

附图说明

本发明共有七幅附图，其中

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的电路结构图；

图3是本发明的主控制芯片AT91SAM7A3电路图；

图4是本发明的CAN收发器PCA82C250电路图；

图5是本发明的CH365接口芯片的连接电路图；

图6是供电单元部分电路图；

图7是本发明的程序框图。

图中：1、CAN信号采集模块2、主控制器模块3、PCI总线接口模块4、供电单元。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图所示，附图1所示为PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪结构框图，包括CAN信号采集模块1、主控制器模块2、PCI总线接口模块3和供电单元4。附图2所示为本发明的电路结构图，所述的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪通过CAN信号采集模块1接收CAN网络的数据，与CAN网络接口侧通过CANH、CANL直接接收差分信号，经电平转换后通过TXD、RXD与主控制器模块2内的CAN控制器相连，由此建立起CAN信号采集的通道；主控制器模块2通过地址线、数据线和控制线与PCI总线接口模块3相连，对于控制线可通过软件来选择主控制器模块2的相应管脚功能；PCI总线接口模块3通过内置有上拉电阻的8位双向数据信号线D0-D7和16位地址信号线A15-A0与主控制器模块2进行数据通信，通过读、写选通使能和中断请求信号控制数据的传输；PCI总线接口模块3将由主控制器模块2传来的8位主动并行接口数据转换为32位高速PCI总线数据，通过PCI_AD31-PCI_AD0传输到PCI总线。二者之间还通过复位、时钟、中断、设备选择等信号线相连。

由于主控制器模块2内部的CAN控制器只是个协议控制器，不能提供物理层驱动，所以在使用时还需外加CAN总线收发器，CAN信号采集模块1就在系统中完成了这个功能，它可提高总线的差动发送和接收能力。它与ISO11898标准完全兼容，有三种不同的工作方式，即高速、斜率控制和待机，可根据实际情况选择。使用中通过有差动发送和接收功能的两个总线终端CANH和CANL连接到总线电缆。输入Rs用于模式控制参考电压。输出VREF的输出电压是额定VCC的0.5倍，其中收发器的额定电源电压是5V。协议控制器输出一个串行的发送数据流到收发器的TxD引脚。内部的上拉功能将TxD输入设置成逻辑高电平，也就是说总线输出驱动器默认是被动。的在隐性状态中，CANH和CANL输入通过典型内部阻抗是17k的接收器输入网络，偏置到2.5V的额定电压，另外，如果TxD是逻辑低电平，总线的输出级将被激活，在总线电缆上产生一个显性的信号电平。输出驱动器由一个源输出级和一个下拉输出级组成。CANH连接到源输出级，CANL连接到下拉输出级。在显性状态中，CANH的额定电压是3.5V，CAN_L是1.5V。

由AT91SAM7A3构成的主控制器模块2是整个设备的核心部分，完成了数据分析的功能控制。AT91SAM7A3是32位ARM7系列微控制器中的一员，集成有CAN控制器。片上有256K字节高速Flash和32K字节SRAM和全套外围设备，包括两个2.0B CAN控制器，以及一整套使外围设备组件数量最少的功能单元。该微处理器中的片内Flash存储器可以有JTAG-ICE接口系统内编程。内置锁定位可以保护固件，防止其被误覆盖。AT91SAM7A3的片内Flash模块共1024页，每页256字节。一共65536个32位字。Flash模块包括一个256字节的写缓存，可通过32位的接口访问。当Flash不使用时(读或写访问)，其将自动进入待命模式。内部的CAN控制器具有如下特点：

●完全兼容CAN2.0B动态控制器

●位传输速率为1Mbit/s

●具有16个面向对象的邮箱，对每个消息来说CAN2.0A和2.0B可编程；可配置对象为接收或发送；在发送或接收消息时使用16位时间标签；可对多个邮箱对象的接收缓存长度进行编程。

PCI总线接口模块3的芯片CH365是一个连接PCI总线的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存储器映射、扩展ROM以及中断。CH365将32位高速PCI总线转换为简便易用的类似于ISA总线的8位主动并行接口，用于制作低成本的基于PCI总线的计算机板卡，以及将原先基于ISA总线的板卡升级到PCI总线上。PCI总线与其他主流总线相比，速度更快，实时性更好，可控性更佳，所以CH365适用于高速实时的I/O控制卡、通信接口卡、数据采集卡、电子盘、扩展ROM卡等。

系统的供电单元4部分包括几种电源芯片及保护电路，负责整个系统的供电。产生的电压等级包括隔离的+5V电压、+3.3V电压和+2.5V电压。

附图3—6为单元电路图。

附图7是本发明的软件程序框图。

Claims (3)

1、一种PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，其特征在于包括主控制器模块(2)、CAN网络信号采集模块(1)、PCI总线接口模块(3)以及供电单元(4)；所述的CAN网络信号采集模块(1)通过CANH和CANL引脚与CAN总线相连；所述的主控制器模块(2)通过内部集成的CAN2.0B控制器的CANRX0和CANTX0引脚与CAN网络信号采集模块(1)的TXD、RXD引脚相连，所述的PCI总线接口模块(3)的数据线51—58、地址线33—39和42—50及RD、WR、SYS_EX引脚与主控制器模块(2)的PA0-PA10和PB0-PB15相连，AD0-AD31、CBE0-CBE3及时钟、复位等信号与PCI总线的对应接口相连；所述的供电单元(4)将+5V电压送入CAN网络信号采集模块(1)和PCI总线接口模块(3)，将+3.3V和+2.5V电压送入到主控制器模块(2)，供电单元(4)的参考地输出GND则与CAN信号采集模块(1)、PCI总线接口模块(3)及主控制器模块(2)的所有GND引脚相连；CAN信号经CAN网络信号采集模块(1)转换为串行输入输出信号后送入主控制器模块(2)，数据在主控制器模块(2)内进行解析、处理、存储，最后以并口数据的形式发送给PCI总线接口模块(3)，再由PCI总线接口模块(3)转换为32位高速PCI总线信号，送入PCI总线。

2、根据权利要求1所述的PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪及其控制方法，其特征在于所述的主控制器模块(2)是由AT91SAM7A3构成，CAN网络信号采集模块(1)是由PCA82C250构成，PCI总线接口模块(3)是由CH365构成，供电单元(4)电路包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T。

3、一种如权利要求1所述PCI接口型CANOPEN网络数据分析仪的控制方法，其控制过程包括系统初始化和CAN邮箱初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤：

A、CANOPEN PDO参数配置；

B、对主控制器模块(2)是否接收到CAN数据进行判断，并在下述步骤中进行选择：

C、未接收到CAN信号，返回初始化；

D、接收到CAN信号，则对其进行数据处理；

E、向PCI总线接口模块发送数据，并返回系统初始化。

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