CAN总线与一般的串行通讯总线比较，它的数据通讯具有可靠性高，实时性高，灵敏性强等长处，不只广泛运用于轿车行业，而且扩展到了机械工业、机器人、数控机床等许多范畴。尤其在很多数据通讯处理中，高可靠性及实时呼应的场合，单通道CAN总线不能满意实践通讯的要求。为此，介绍一种依据多通道实时CAN模拟器的规划计划。
进程/办法
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CAN总线与一般的串行通讯总线比较，它的数据通讯具有可靠性高，实时性高，灵敏性强等长处，不只广泛运用于轿车行业，而且扩展到了机械工业、机器人、数控机床等许多范畴。尤其在很多数据通讯处理中，高可靠性及实时呼应的场合，单通道CAN总线不能满意实践通讯的要求。为此，介绍一种依据多通道实时CAN模拟器的规划计划。
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1 CAN总线技能介绍
1.1 CAN总线特性
CAN(Controller Area Network)总线是一种串行多主站操控器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简略有用，网络成本低。它首要用于各种进程监测及操控的一种网络。CAN开端是由德国BOSCH公司为轿车的监测、操控体系而规划的。因为CAN总线具有杰出的特性和极高的可靠性，特别适合于工业进程中监控设备的互连，详细来说，CAN具有如下特性：
(1)CAN能够多主办法作业，网络上恣意一个节点均能够在恣意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通讯办法灵敏;
(2)CAN能够点对点、点对多点(成组)及大局播送办法传送接纳数据;
(3)CAN网络上的节点信息可分红不同的优先级，能够满意不同的实时要求;
(4)CAN选用非破坏性总线仲载技能。当两个节点是向网络上发送数据时，优先级低的节点主动中止数据发送，而优先级高的节点能够不受影响地持续传输数据，大大节省了总线仲载抵触时刻，在网络负载很重的情况下也不会呈现网络瘫痪;
(5)CAN的直接通讯间隔最大可达10 km(速率小于5 Kb/s)，最高通讯速率可达1 Mb/s。
1.2 CAN通讯协议
在CAN 2.0B的版别协议中有两种不同的帧格局，不同之处为标识符域的长度不同，含有11位标识符的帧称为标准帧，而含有29位标识符的帧称为扩展帧。扩展格局是CAN 2.0B协议新添加的特性。在报文传输时，不同的帧具有不同的传输结构，只要严厉依照该结构进行帧的传输，才干被节点正确接纳和发送。下面将别离介绍四种传输帧的结构：
(1)数据帧(Data)：数据帧将数据从发送器传输到接纳器。CAN协议有两种数据帧类型标准2.0A和标准2.0B。两者实质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中，ID的长度为11位;在2.0B类型中，ID的长度为29位。它由7个域组成：帧开端、裁定域、操控域、数据域、CRC校验码域、应对域、帧完毕。
(2)长途帧(Remote)：总线单元宣布长途帧，恳求发送具有同一标识符的数据帧。接纳数据的节点可经过发长途帧恳求源节点发送数据。它由6个域组成：帧开端、裁定域、操控域、校验域、应对域、帧完毕。
(3)过错帧(Error)：任何单元检测到总线过错就宣布过错帧。由过错标志和过错分界两个域组成。接纳节点发现总线上的报文有误时，将主动宣布“活动过错标志”，其他节点检测到活动过错标志后发送“过错认可标志”。
(4)过载帧(Overload)：过载帧用在相邻数据帧或长途帧之间供给附加的延时。由超载标志和超载分隔符组成。超载帧只能在一个帧完毕后开端。当接纳方在接纳下一帧之前，需求过多的时刻处理当时的数据，或在帧间空地域检测到显性电平常，则导致发送超载帧。
1.3 CAN协议操控器
现在干流的CAN协议操控器一般选用I/O总线(SJA1000等)或SPI接口(M(2P2515等)与处理器进行通讯。该规划选用SJA1000操控器。
SJA1000是一款独立CAN操控器，运用于移动方针和工业局域网操控范畴。SJA1000具有两种作业形式：BasicCAN和PeliCAN。该规划选用PeliCAN作业形式。SJA1000用来完结CAN协议所规则的物理层和数据链路层的一切功用，它能够支撑多种处理器的时序特性，如Intel形式或Motorola形式，与微处理器的接口十分简略，微处理器以拜访外部存储器的办法来拜访SJA1000。
SJA1000经过CAN操控器接口即PCA82C250芯片接到CAN总线上。CAN收发器运用飞利浦公司的PCA82C250，它是衔接CAN操控器和物理总线之间的接口，供给了对总线的差动发起和接纳才干，与ISO11898标准彻底兼容，有三种不同的作业办法即高速、斜率操控和待机，可依据实践情况挑选。硬件电路中运用PCA82C250是为了添加通讯间隔，进步体系的瞬间抗搅扰才干，维护总线，下降搅扰等。
2 体系规划
2.1 体系计划规划
依据通用核算机的总线分类，可选用依据ISA总线对多通道实时CAN总线模拟器进行研发，依据CAN总线通讯原理能够提出以下两种规划计划：
(1)ISA总线+CAN通讯操控器;
(2)ISA总线+微处理器+CAN通讯操控器。这两种规划计划的不同点在于是否选用处理器来加强操控。
因为CAN总线通讯要求实时性高，再加上多通道的规划满意实践的需求，故选用单片机来担任CAN总线的通讯功用。在这里首要介绍单片机与CAN操控器之间的规划部分，其体系规划框图如图1所示。
单片机选用DALLAS公司的DS89C430，它是当时8051兼容微操控器中功用最高的。具有从头规划的处理器内核，在相同的晶振频率下，履行指令的速度是开端8051微处理器的12倍。特性：高速8051架构，每个机器周期一个时钟;片内存储器16 KB/32 KB/64 KB闪存，在运用可编程，经过串口完成在体系可编程;与8051引脚和指令集兼容;四路双向、8位I/O端口;三个16位定时器/计数器;256 B暂存RAM等特色。可依据实践运用的需求挑选其部分功用。跟着可编程逻辑器材的飞速发展，其运用范畴不断扩大，可用于译码、解码等方面，运用CPLD能够进步体系集成度，下降噪声，增强体系可靠性。因而，单片机与CAN操控器之间的锁存、译码选用Xilinx公司XC95144CPLD芯片，优化了体系资源，下降了其功耗。
2.2 体系硬件规划
该部分由单片机、CAN操控器、CAN收发器、SRAM存储器组成。单片机首要用于体系核算及信息处理等功用;CAN操控器首要用于体系通讯;CAN收发器首要用于增强体系的驱动才干;SRAM首要用于缓存数据。体系的发送进程是：单片机将外围设备传送过来的信息处理后，按CAN标准规则的格局，将其写入CAN操控器的发送缓冲区，并发动发送指令，把数据发送到CAN总线上;接纳进程是：CAN操控器从CAN总线上主动接纳数据，并经过滤后存入CAN接纳缓冲区，且向单片机宣布中止恳求，此刻单片机可从CAN接纳缓冲区读取要接纳的数据。SJA1000供给的微处理器接口办法为典型INTEL或MOTOROLA地址数据多路复用总线形式。首要信号有地址数据信号AD7～AD0，地址选通讯号ALE，片选信号CS，读信号RD，写信号WR，形式挑选信号MODE。当MODE=1时，为INTEL形式;当MODE=0时，为MOTOROLA形式。后边描绘的总线形式均为INTEL形式。AD7～AD0引脚在ALE有用时，传送的是地址信号，在RD或WR有用时，传输的是数据信号，在这里别离与单片机的PO口相连，RD，WR信号线别离与单片机的读/写信号线相连。详细计划如图2所示。限于篇幅约束，虚线内给出1路CAN的衔接图，2路CAN有相同的衔接办法。
SRAM和CAN操控器的片选信号。因为单片机能够查询或中止办法拜访，在此选用中止办法进行CAN多通道挑选拜访，以满意不同通讯速率下数据处理的需求。SRAM的地址线与数据线是分隔的，故选用74LS373锁存器完成锁存功用。可选用XC95144CPLD芯片以及VHDL硬件描绘言语以完成锁存、译码等功用。2.3 CPLD规划部分
2.3.1 结构规划
CPLD的输入信号是单片机发送的信号，由高位地址A[15..8]、ALE锁存信号、中止信号以及写/读信号组成。地址线A14和A15经译码后作为片选信号，ALE完成低8位地址线的锁存。实体和结构体部分代码如下所示：
2.3.2 仿真成果
该模块在Xilinx ISE 9.1东西下进行归纳，并在结合ModelSim环境下进行功用仿真。其仿真成果如图3所示。
软件规划 该体系软件规划的关键是通讯程序规划。通讯软件由三部分组成：单片机和CAN操控器的初始化程序、CAN发送程序、CAN接纳程序。关于初始化程序，选用MAX232芯片对单片机进行在线编程，可一起对多通道CAN操控器初始化。关于CAN操控器的初始化程序，首要是经过对CAN操控器操控段中的寄存器写入操控字，然后确认CAN操控器的作业办法等，即经过上电复位、硬件复位或软件复位给CAN操控器发一个复位恳求，便可进入初始化。在复位期间，对必需的寄存器进行设置。关于发送和承受程序，只需把到来的信息帧送到CAN的发送或承受缓冲区，一起发动指令即可。二者可选用查询办法或中止办法，关于中止办法，程序分为主程序和中止服务程序两部分规划。在详细项目中，需求软硬件结合调试才干确保各部分的规划准确无误，抵达实践运用的要求。
结语 在对CAN通讯协议进行剖析的基础上，构建了一种多通道实时CAN总线模拟器架构，一起运用CPLD器材，经过功用仿真，验证了规划计划的正确性。经实践工程项目运用，验证了该规划计划切实可行，满意了实践运用中高可靠性、高实时性以及传输速率较高的需求。
