CN101795262B

CN101795262B - 一种基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线协议转换器

Info

Publication number: CN101795262B
Application number: CN2009102418143A
Authority: CN
Inventors: 张春熹; 文怀涛; 杨玉生; 李立京; 刘薇; 郑俊杰; 郭袆倩
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: CN101795262A

Abstract

本发明提供了一种基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线协议转换器，属于现场总线技术领域。它包括连接CAN总线的CAN总线接口和连接IEEE-1394b总线的IEEE-1394b总线接口，由微处理器分别通过CAN总线控制器和IEEE-1394b总线控制器连接所述的CAN总线接口和IEEE-1394b总线接口，还包括实现IEEE-1394b光纤连接的光电转换模块及外围电路模块。为了达到协议的成功转换，微处理器中嵌入了软件，从而实现了两类网络的数据对接。本发明由微处理器控制CAN总线协议与IEEE-1394b总线协议的相互转换，解决了CAN总线接口产品与IEEE-1394b总线接口产品之间的通信互联问题，具有传输速度快、实时性好、升级空间大、应用领域广泛的特点。

Description

一种基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线协议转换器

技术领域

本发明涉及一种基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线协议转换器，属于现场总线技术领域。

背景技术

CAN总线网络是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，主要用于汽车内部测试和控制仪器之间的数据通信。CAN总线具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好、价格低廉等优点，在车辆电子、工业控制等领域得到了广泛应用。

IEEE-1394总线是一种高性能的串行总线，1986年由苹果公司提出，目的是简化计算机的连线，替代SCSI协议接口，并且为实时数字数据传输提供一个高速接口。目前，最新的应用规范是IEEE-1394b，IEEE-1394b总线具有实时性好、传输速率高、可靠性高、扩展容易、支持热插拔等优点，成为下一代车辆电子、工业控制领域的首要候选总线技术之一。

虽然CAN总线在车辆、工业控制领域中得到了广泛的应用，但是其传输速率只有1Mbps，在某些要求大数据量传输的应用中，CAN总线显得越来越不堪重负。IEEE-1394b总线设计的最高传输速率为3.2Gbps，适合于大数据量的高速传输。此外，IEEE-1394b支持等时和异步传输，等时传输保证数据传输的实时性，可用于对实时性要求高的事务；异步传输保证数据传输的可靠性，适合传输关键的控制和命令数据。但至今还没有能够实现CAN总线接口产品与IEEE-1394b总线接口产品通信互联的接口转换器出现，阻碍了IEEE-1394b总线技术的推广应用。

因此，在现有的CAN总线和IEEE-1394b总线技术中，存在CAN总线接口产品与IEEE-1394b总线接口产品之间不能通信互联的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线协议转换器，以解决在现有的CAN总线和IEEE-1394b总线技术中，存在CAN总线接口产品与IEEE-1394b总线接口产品之间不能通信互联的问题。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线协议转换器，它包括连接CAN总线的CAN总线接口和连接IEEE-1394b总线的IEEE-1394b总线接口，由微处理器分别通过CAN总线控制器和IEEE-1394b总线控制器连接所述的CAN总线接口和IEEE-1394b总线接口，还包括实现IEEE-1394b光纤连接的光电转换模块及外围电路模块。

为了达到协议的成功转换，微处理器中嵌入了软件。本协议转换器软件由设备驱动程序和CAN-IEEE-1394b协议转换程序构成，具体包括：CAN总线设备驱动程序，用于完成对CAN总线设备的初始化及读写控制，实现CAN数据的收发；IEEE-1394b总线设备驱动程序，用于完成对IEEE-1394b总线设备的初始化及读写控制，实现IEEE-1394b数据的收发；CAN-IEEE-1394b协议转换程序包括主控程序、CAN收IEEE-1394b发中断处理程序和IEEE-1394b收CAN发中断处理程序。

本协议转换器工作流程为：

当微处理器检测到CAN总线接收中断时，主控程序调用CAN收IEEE-1394b发中断处理程序，进行CAN数据接收和IEEE-1394b数据发送。

当微处理器检测到IEEE-1394b总线接收中断时，主控程序调用IEEE-1394b收CAN发中断处理程序，进行IEEE-1394b数据接收和CAN数据发送。

本发明提供CAN总线和IEEE-1394b总线接口，CAN总线设备通过CAN接口接收数据，通过该转换器转换成IEEE-1394b数据包并发送到IEEE-1394b总线上；同时，转换器接收IEEE-1394b总线上的数据包，将它转换后通过CAN接口发送到CAN总线上，从而实现了CAN总线接口产品与IEEE-1394b总线接口产品之间的通信互联，具有传输速度快、实时性好、升级空间大、应用领域广泛的特点。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的一种总线协议转换器的结构示意图；

图2是本发明的具体实施方式提供的一种总线协议转换器的硬件结构框图；

图3是本发明的具体实施方式提供的微处理器与IEEE-1394b链路层芯片之间的接口连接示意图；

图4是本发明的具体实施方式提供的IEEE-1394b链路层芯片与物理层芯片之间的接口连接示意图；

图5是本发明的具体实施方式提供的IEEE-1394b物理层芯片与光收发模块的接口连接示意图；

图6是本发明的具体实施方式提供的微处理器与CAN总线收发器之间的接口连接示意图。

图7是本发明的具体实施方式提供的软件模块总体框图；

图8是本发明的具体实施方式提供的CAN收IEEE-1394b发中断处理程序的流程示意图；

图9是本发明的具体实施方式提供的IEEE-1394b收CAN发中断处理程序的流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：本基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线协议转换器包括下述硬件和软件。

图1是本总线协议转换器的结构示意图，包括连接CAN总线的CAN总线接口和连接IEEE-1394b总线的IEEE-1394b总线接口、CAN总线控制器、IEEE-1394b总线控制器、光电转换模块、微处理器及外围电路模块。CAN总线控制器实现CAN协议的支持，用于CAN数据的接收与发送；IEEE-1394b总线控制器包括IEEE-1394b链路层控制器和物理层收发器，用于IEEE-1394b数据的接收与发送；光电转换模块可以用于完成IEEE-1394b信号的光电和电光转换，并建立IEEE-1394b总线协议芯片与IEEE-1394b总线的光纤链路连接；微处理器可以用于实现CAN总线控制器和IEEE-1394b总线控制器的时序控制，以及实现CAN总线与IEEE-1394b总线之间的协议转换。外围电路模块包括电源模块、时钟模块、复位模块和存储器模块，它们为总线协议转换器的正常工作提供必要的稳定的电源、时钟信号、复位信号和存储器。

如图2所述，本具体实施方式的硬件结构框图可以包括微处理器(MPU)与IEEE-1394b链路层芯片(LLC)接口电路、IEEE-1394b链路层芯片与物理层芯片(PHY)接口电路、IEEE-1394b物理层芯片与光收发模块(FOT)接口电路及微处理器与CAN总线收发器接口电路。其中的微处理器可以采用MPC5200B处理器，该处理器上集成了一个通信处理模块(CPM)，片上资源丰富，包含2个CAN控制器和1个PCI控制器，特别适合汽车电子和工业控制应用；另外，在本具体实施方式中微处理器还可以采用其它嵌入式微处理器或FPGA芯片。IEEE-1394b协议芯片可以采用TI公司的TSB82AA2和TSB81BA3，其中链路层芯片TSB82AA2基于OHCI协议，可与MPC5200B实现无缝连接；物理层芯片TSB81BA3具有3个IEEE-1394b端口，支持光纤、电缆等多种传输介质，在本具体实施方式中提供了1个IEEE-1394b电接口和2个光纤接口；另外，IEFE-1394b协议芯片还可以采用集成的IEEE-1394b协议芯片，如TSB83AA22、TSB83AA23等。光收发模块可以采用FTLF8519P2BNL模块或其它符合SFP规范的产品。CAN总线收发器可以采用TLE6250芯片或UC5350等功能类似的芯片。

微处理器与IEEE-1394b链路层芯片之间的接口连接如图3所示。IEEE-1394b链路层芯片TSB82AA2基于OHCI协议，提供符合PCI 2.3协议的PCI接口，能够与33MHz/64bit及33MHz/32bit PCI总线实现无缝连接。微处理器MPC5200B上集成了一个33MHz/32bit的PCI控制器，与TSB82AA2之间通过PCB走线连接，不再采用PCI金手指-PCI插槽的方式。实际上，链路层芯片TSB82AA2是一个PCI/IEEE-1394b桥，用于IEEE-1394b信号与PCI信号的转换。

IEEE-1394b链路层芯片与物理层芯片之间的接口连接如图4所示。两者之间的主要信号包括：数据信号D[0:7]、控制信号CTL[0:1]、物理层时钟信号PCLK、链路层时钟信号LCLK、链路层电源状态信号LPS、链路层请求信号LREQ、链路层开启信号LKON和物理层中断信号PINT。通过控制信号和链路请求信号控制物理层和链路层之间的数据传输，而LKON和LPS是对链路层电源的控制信号。

IEEE-1394b物理层芯片与光收发模块的接口连接如图5所示。其中FOT为光收发模块；1～4为阻抗匹配网络，负责FOT和IEEE-1394b信号之间的阻抗匹配和电平转换；5为电压比较器，将TPB+/-的共模电压与一个基准电压进行比较，比较的结果用于控制光收发模块发送器的开启状态；6为总线开关，由光收发模块的接收标识输出作为其使能端输入，控制总线开关的开启与关闭，用于噪声屏蔽；C1～C4为交流耦合电容，负责阻断直流信号。

微处理器与CAN总线收发器之间的接口连接如图6所示。微处理器MPC5200B内部集成了2个CAN控制器，遵循CAN 2.0A/B协议，具有完成CAN通信协议所要求的全部特性。CAN总线收发器TLE6250是CAN控制器与物理总线间的接口，可以提供对总线的差动发送和接收能力，并具有抗汽车环境下的瞬间干扰、保护总线的能力。二者之间的接口信号是数据发送信号CAN_TXD和数据接收信号CAN_RXD，用于微处理器和CAN总线收发器间的数据传输。

图7是本具体实施方式提供的总线协议转换软件模块总体框图，相应的软件模块共由三部分组成：第一部分是CAN总线设备驱动程序，完成对CAN总线设备的读写控制，实现CAN数据的收发；第二部分是IEEE-1394b总线设备驱动程序，完成对IEEE-1394b总线设备的读写控制，实现IEEE-1394b数据的收发；第三部分是CAN-IEEE-1394b协议转换程序，用以通过微处理器实现CAN数据转换成IEEE-1394b数据或将IEEE-1394b数据转换成CAN数据。

上电后，CAN总线设备驱动程序和IEEE-1394b总线设备驱动程序分别完成对CAN总线控制器和IEEE-1394b总线控制器的初始化。然后，微处理器进入工作模式。主控程序采用中断方式工作，当发现有接收中断发生时，就调用相应中断处理程序进行数据的接收、格式转换和发送。

图8是CAN收IEEE-1394b发中断处理程序的流程图，具体工作步骤是：当发生CAN总线接收中断时，主控程序首先调用CAN接收中断处理程序对CAN数据进行接收，然后判断接收缓冲区中是否有数据，若没有则表示读入CAN数据失败，程序返回；若有则表示数据接收成功，然后将接收到的数据发送到IEEE-1394b控制器发送缓冲区，将数据按照IEEE-1394b的格式发送出去。

图9是IEEE-1394b收CAN发中断处理程序的流程图，具体工作步骤是：当微处理器检测到IEEE-1394b总线接收中断时，主控程序调用IEEE-1394b收CAN发中断处理程序，将接收到的数据写入接收缓冲区，并判断缓冲区中是否有数据。若没有则表示读入IEEE-1394b数据失败，程序返回；若有则表示数据接收成功，然后将接收到的数据发送到CAN控制器发送缓冲区，将数据按照CAN的格式发送出去。

本具体实施方式提供的总线协议转换器具有以下优点：

①、IEEE-1394b作为一种高性能的串行总线，支持屏蔽双绞线(STP)、非屏蔽双绞线(UTP)、塑料光纤(POF)、石英光纤(GOF)等多种传输介质，具有更灵活的可选择性；

②、IEEE-1394b总线目前可支持100Mbps、200Mbps、400Mbps、800Mbps等多种传输速率，将来更可以达到1.6Gbps、3.2Gbps，传输速度快，实时性好，升级空间大；

③、CAN总线作为一种传统的工业现场总线，在车辆电子、工业控制等领域得到了广泛的应用，现存大量的CAN总线设备。本具体实施方式可以实现CAN总线协议与IEEE-1394b总线协议的转换，使得CAN总线设备可以挂接到IEEE-1394b总线上，既可以有效利用已有的CAN总线设备，节省成本，又可以加快IEEE-1394b总线在车辆电子、工业控制领域的普及和应用。

④、本具体实施方式提供的CAN总线与IEEE-1394b总线协议转换器设计，可以为其它总线与IEEE-1394b总线之间的协议转换提供参考和应用的前瞻。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种基于微处理器的IEEE-1394b总线和CAN总线的协议转换器，其特征在于，它包括连接CAN总线的CAN总线接口和连接IEEE-1394b总线的IEEE-1394b总线接口，由微处理器分别通过CAN总线控制器和IEEE-1394b总线控制器连接所述的CAN总线接口和IEEE-1394b总线接口，还包括实现IEEE-1394b光纤连接的光电转换模块及外围电路模块；

所述CAN总线控制器实现CAN协议的支持，用于CAN数据的接收与发送；所述IEEE-1394b总线控制器包括IEEE-1394b链路层控制器和物理层收发器，用于IEEE-1394b数据的接收与发送；所述光电转换模块用于完成IEEE-1394b信号的光电和电光转换，并建立IEEE-1394b总线控制器与IEEE-1394b总线的光纤链路连接；所述微处理器用于实现CAN总线控制器和IEEE-1394b总线控制器的时序控制，以及实现CAN总线与IEEE-1394b总线之间的协议转换；所述外围电路模块包括电源模块、时钟模块、复位模块和存储器模块，用于为总线协议转换器的正常工作提供必要的稳定的电源、时钟信号、复位信号和存储器。

2.根据权利要求1所述的协议转换器，其特征在于，所述的微处理器采用Freescale公司推出的32位高性能微处理器MPC5200B。

3.根据权利要求1所述的协议转换器，其特征在于，所述CAN总线控制器由微处理器集成的CAN控制器和外置的CAN总线收发器组成，CAN总线收发器采用Infineon公司的TLE6250，作为CAN控制器与CAN物理总线之间的接口。

4.根据权利要求1所述的协议转换器，其特征在于，所述的IEEE-1394b总线控制器采用链路层加物理层的构成方式，其中链路层芯片采用TI公司的TSB82AA2，物理层芯片采用TI公司的TSB81BA3。

5.根据权利要求1所述的协议转换器，其特征在于，所述光电转换模块中包括光收发模块，采用Finisar公司的FTLF8519P2BNL。

6.根据权利要求1所述的协议转换器，其特征在于，所述的外围电路模块包括电源模块、时钟模块、复位模块和存储器模块，其中电源模块为协议转换器中的所有元器件提供稳定的电源；时钟模块为微处理器提供精准的时钟；复位模块提供系统上电复位和手动复位功能；存储器模块提供软件代码及系统运行所需的存储器空间。