Сигнал с вывода INT CAN микроконтроллера поступает на вход IntI D4. Этот вход используется для организации прерывания от CAN микроконтроллера и выполнен по схеме с открытым коллектором. Поэтому этот вывод подключен через резистор на +5 вольт. Сигнал, поступающий на вход IntI D4, инвертируется и с вывода IntO D4 поступает на разъем XT2. С помощью перестановки перемычки на этом разъеме можно выбрать номер запрашиваемого прерывания. В таблице 14 приведены положения перемычки на XT2 и соответствующие им номер прерывания.

Таблица 14. Положение перемычки на XT2 и соответствующий номер выбираемого прерывания

Положение JP1	Прерывание
1-2	IRQ3
3-4	IRQ4
5-6	IRQ5
7-8	IRQ6
9-10	IRQ7

Вывод RST D3 используется для “холодного” старта CAN микроконтроллера. Этот вывод через инвертор в микросхеме D4 подключен к выводу Reset DRV ISA шины.

К выводам XTAL1 и XTAL2 DD3 подключен кварцевый резонатор по типовой схеме включения. Частота кварцевого резонатора 16 МГц.

К выводу MODE D3 через резистор подключено напряжение питания +5 вольт. Это означает, что процесс чтения/записи регистров CAN микроконтроллера происходит в режиме Intel.

Вывода Tx0 и Rx0 D3 являются выходом и входом CAN сигналов. Эти выводы подключены к выводам IN D5 и OUT D7 соответственно. На микросхемах D5 и D7 выполнена оптическая развязка CAN сигнала. Оптическая развязка предохраняет внутренние схемы компьютера от случайных высоковольтных скачков напряжения в CAN шине. На микросхеме D6 выполнена гальваническая развязка по питанию. Это питание необходимо микросхемам D5, D7 и D8.

К выводу Tx1 через резистор подключен светодиод, назначение которого - индикация приема сообщения с CAN сети.

D8 представляет собой CAN приемопередатчик. Приемопередатчик предназначен для согласования выходных сигналов с микроконтроллера с сигналами CAN шины. Перемычка на разъеме XT6 позволяет выбрать один из трех режимов работы приемопередатчика: режим отключения от шины, высокоскоростной режим и режим с нарастанием сигнала. В режиме отключения от шины сигналы с CAN шины не принимаются и не передаются. В высокоскоростном режиме выходные каскады приемопередатчика работают в режиме ключа, тем самым, обеспечивая на выходе сигнал, близкий к прямоугольному. При работе в этом режиме в качестве шины рекомендуется использовать экранированную витую пару вследствие повышенного влияния электромагнитных помех на качество приема и передачи информации по шине, а также повышенного излучения от самой CAN шины. Если шина представляет собой неэкранированную витую пару, то рекомендуется использовать режим с нарастанием сигнала. Коэффициент нарастания сигнала пропорционален сопротивлению резистора R8. Режимы работы приемопередатчика и соответствующие им положения перемычки на XT6 приведены в таблице 15.

Таблица 15. Режимы работы приемопередатчика и положение перемычки на разъеме XT6.

Положение перемычки на XT6	Режим
1-2	С нарастанием сигнала
2-3	Высокоскоростной
Отсутствует	Отключения от шины

С выходов CANH и CANL D8 CAN сигнал поступает на разъемы XT8, XT9 включенные параллельно. Благодаря такому включению CAN узел можно подключить в разрыв сети. В случае, если узел является конечным в сети, необходимо подключить CAN-терминатор перемычкой на разъеме XT7. Перемычка подключает параллельно выходам CAN_H и CAN_L резистор сопротивлением 120 ом.

К шинам питания +5 вольт и общему параллельно подключены неэлектролитические конденсаторы, которые должны располагаться вблизи каждого корпуса микросхемы. Эти конденсаторы предотвращают высокочастотные электромагнитные наводки, возникающие на шинах питания и общего. Кроме того, вблизи выводов B3 и B1, а также B29 и B31 ISA шины параллельно шинам питания и общего включены электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы стоят также на входе и выходе микросхемы гальванической развязки D6.

2.2 Чтение и запись информации из CAN адаптера

Рассмотрим процесс чтения информации из CAN адаптера на основе временных диаграмм (рис. 45).

Рис. 45. Сигналы на ISA шине и внутренние сигналы CAN адаптера (время в наносекундах)

В исходном состоянии выхода шинного разветвителя находятся в высокоомном состоянии; на выводах RD (SMEMR ISA шины), WR (SMEMW ISA шины) и CS (CSel D4) D3 присутствует уровень логической единицы; на выводе ALE (BALE ISA шины) D3 присутствует уровень логического нуля.

Чтение начинается с изменения уровня сигнала с логического нуля на логическую единицу на выводе BALE. Этот сигнал поступает непосредственно на вывод ALE D3 и вывод BALE D4. Далее на ША ISA шины выставляется адрес необходимого регистра CAN микроконтроллера. В результате этого на выходе дешифратора адреса (вывод CSel D4) появляется логический ноль и, соответственно, на выводе CS D3 сигнал с логической единицы меняется на логический ноль. Кроме того, на выводе ASel D4 появляется логический ноль и шинный разветвитель подключает к выводам AD0-AD7 младшую часть ША ISA шины.

После этого, через определенный промежуток времени, уровень на выводе BALE меняется с логической единицы на логический ноль. В ходе этого адрес на выводах AD0-AD7 защелкивается во внутренних регистрах CAN микроконтроллера D3. Также, после спада сигнала на выводе BALE, на выводе Asel появляется логическая единица, которая обеспечивает отключение ША от выводов AD0-AD7. Необходимо добавить, что между спадом сигнала на выводе CS D3 и отключением буферного усилителя D1 существует задержка на несколько наносекунд. Эта задержка возникает в D4, а также в самом буферном усилителе, и она необходима по требованию протокола обмена с D3. В случае, если данной задержки недостаточно, параллельно выводу OE D1 и общему следует включить конденсатор С9. Далее, сигнал на выводе SMEMR меняется с логической единицы на логический ноль. В результате этого на выводе DSel D4 тоже появляется логический ноль, и шинный разветвитель подключает к выводам AD0-AD7 D3 ШД ISA шины. И, таким образом, на ISA шину выставятся данные требуемого регистра.

После определенного промежутка времени, сигнал на выводе SMEMR сменится на логическую единицу и шинный разветвитель отключит вывода AD0-AD7 от ШД ISA шины. Между этими процессами также существует задержка в несколько наносекунд, которая возникает в D4 и буферном усилителе D2. В случае, если данной задержки недостаточно, параллельно выводу OE D2 и общему следует включить конденсатор С10.

На этом цикл чтения из регистров CAN микроконтроллера заканчивается.

Цикл записи в регистры CAN микроконтроллера аналогичны циклам чтения (см. рис. 45), кроме того, что данные здесь выставляются на ШД ISA шины до подачи импульса на вывод SMEMW.

2.3 Логика работы прерываний

Как уже говорилось выше, CAN контроллер может использовать прерывания с IRQ3 по IRQ7. Прерывание может генерироваться по следующим причинам:

выход из режима малого потребления мощности;

переполнение;

ошибка;

окончание передачи из буфера;

по приему сообщения.

После возникновения одной из таких ситуаций на выводе INT D3 сигнал с логической единицы меняется на логический ноль. Далее, сигнал инвертируется в микросхеме D4 и поступает на один из выводов IRQ3-IRQ7.

После этого, микропроцессор прерывает основную свою работу и начинает выполнять процедуру обработки прерывания. Эта процедура должна считать с регистра №3 (BasicCAN mode) CAN микроконтроллера причину возникновения прерывания. После чтения этого регистра сигнал на выводе INT D3 снова становится равным логической единице.

Процедура обработки прерывания затем выполняет необходимые действия в зависимости от причины прерывания и потом, по выходу из этой процедуры процесс выполнения основной программы продолжается.



3. Установка адаптера на IBM PC совместимый компьютер

Для начала нужно с помощью положений соответствующих перемычек выбрать диапазон адресов, номер прерывания с которыми будет работать адаптер, а также режим работы приемопередатчика. Диапазон адресов выбирается перемычками на разъемах XT3, XT4, XT5, номер прерывания - на разъеме XT2, а режим работы приемопередатчика - XT6. В таблице 13 показаны положения перемычек на разъемах XT3, XT4, XT5, и соответствующие им адресные пространства адаптера. Для персональных компьютеров IBM PC диапазон адресов можно выбирать в пределах C8000 до CFFFF. В таблице 14 показаны положения перемычки и соответствующий номер прерывания для адаптера. Для персонального компьютера, в основном, свободное прерывание - это IRQ5. Режимы работы приемопередатчика и соответствующие положения перемычки показаны в таблице 15. Если в CAN сети предполагается использование скорости обмена до 500 Кбод, то рекомендуется использовать режим с нарастанием сигнала, так как в этом случае уровень излучений от шины, а также чувствительность к внешним электромагнитным помехам будет меньше. Для больших скоростей необходимо использовать высокоскоростной режим.

В случае, если узел является конечным в сети, необходимо подключить CAN-терминатор перемычкой на разъеме XT7.

Вставте ISA CAN адаптер в один из свободных ISA разъемов компьютера.

После этого, необходимо настроить компьютер для работы адаптера. В следующих пунктах показан пример настройки адаптера с диапазоном адресов CC000-CC7FF и прерыванием IRQ5.

Настройка в MS-DOS. Настройка необходима, если в системном файле Config.sys прописан менеджер памяти (такой, как EMM386.exe). Для настройки необходимо проделать следующие изменения:

DEVICE=EMM386.EXE {список бывших опций} X=CC00-CC7Fh.

Настройка в Windows 95.

На рабочем столе необходимо зайти в папку “Мой компьютер”, а затем в папку “Панель управления”.

В папке “Панель управления” нужно щелкнуть дважды по иконке “Система”.

Далее, выбираем закладку “Устройства” и щелкаем по пункту “Компьютер”.

Нажимаем на кнопку “Свойства” и выбираем закладку “Резервирование ресурсов”.

Выбираем радио-кнопку “Запросы на прерывания (IRQ)”, нажимаем кнопку “Добавить” и, в качестве значения, пишем номер прерывания, установленный на ISA CAN адаптере (в нашем случае IRQ 5). Нажимаем кнопку “ОК”.

Выбираем радио-кнопку “Память”, нажимаем кнопку добавить и указываем начальный и конечный адрес, который выставлен на ISA CAN адаптере (в нашем случае начальный адрес=CC000, а конечный адрес - CC7FF). Нажимаем кнопку “ОК”.

Нажимаем кнопку “ОК”, и затем еще раз кнопку “ОК”. После этого настройка адаптера под Windows 95 завершена и можно запускать программы, работающие с ISA CAN адаптером.



4. Описание программы testCAN

Программа testCAN написана под MS-DOS на языке Borland Pascal и предназначена для первоначальной проверки работоспособности ISA CAN адаптера.

К исходникам программы относятся следующие файлы:

TestCAN.pas - основная часть программы с процедурами управления CAN адаптером;

MenuYUS.pas - библиотека организации интерфейса с пользователем;

VGA.obj - файл псевдографических символов для организации окон и всплывающих меню.

После компиляции исходников образуется один исполняемый файл - testCAN.exe.

Исполнение программы начинается с процедуры start, в которой выполняется загрузка псевдографических символов, необходимое выделение памяти, перехват прерывания с которым работает CAN адаптер, начальные установки переменных, а также начальные установки регистров CAN адаптера. Начальные установки CAN регистров считываются из файла testCAN.ini. В случае, если такого файла нет, то в регистры загружаются параметры по умолчанию, и в конце исполнения программа сама создает одноименный файл с самыми последними параметрами регистров. Следует упомянуть, что CAN микроконтроллер SJA1000 может рабортать в режиме BasicCAN (эмуляция CAN микроконтроллера PCA82C200 - устаревшей модели) и PeliCAN (режим, реализующий все функциональные возможности SJA1000). Данная программа расчитана на работу в режиме PeliCAN, так как в этом режиме можно наиболее полно проверить работу ISA CAN сетевого адаптера, что, собственно, и является целью данной программы. Более подробно о режимах SJA1000, а также его регистрах можно посмотреть в спецификации на микросхему SJA1000.

Далее в программе следует цикл, в котором вызываются процедуры strmenu, Stat2 и OknoRead. Выход из цикла осуществляется, если признак fin станет равным false. После цикла следуют инструкции по записи testCAN.ini файла с обновленными параметрами регистров, очистка выделенной памяти и возвращение вектору прерывания предыдущего значения. На этом исполнение программы заканчивается.

Теперь подробнее о процедурах strmenu, Stat2 и OknoRead. Эти процедуры организуют интерфейс программы, а с помощью процедуры strmenu осуществляется диалог с пользователем. Интерфейс программы выглядит следующим образом. В самом верху находится основное меню, состоящее из следующих пунктов: X, Установки, Операции и Помощь. За организацию основного меню и исполнение команд, заложенных в него осуществляется процедурой strmenu. На оставшейся части экрана размещены следующие окна: Статус работы, Типы прерываний и Принятые пакеты.

Окна Статус работы и Типы прерываний организует и обновляет процедура Stat2. В окне Статуса работы указывается количество принятых, переданных пакетов; количество ошибок при приеме и передаче (эта информация считывается из соответствующих регистров CAN микроконтроллера); активизация дополнительных режимов - самотестирования и только прослушивания; один из основных режимов - работы и режима установок. В режиме самотестирования CAN адаптер посылает пакет самому себе и не требует подключения к шине дополнительных узлов. (В нормальном режиме работы каждому узлу, передающему пакет, требуется узел, принимающий пакет, так как на каждый принятый пакет требуется подтверждение о нормальном приеме). В режиме только прослушивания, CAN адаптер не вырабатывает подтверждение на принятый пакет.

В окне Типы прерываний показываются причины, по которым может возникнуть прерывание от CAN адаптера, а также их активность.

В процедуре OknoRead организован вывод принятых пакетов на экран из буфера приема (массив RecBuf). Процедура образует окно Принятые пакеты, в котором они отображаются в формате идентификатор, бит RTR и массив данных. В случае, если принят пакет запроса, то массив данных соответственно отсутствует. Максимальное количество одновременно показываемых и хранимых пакетов - 18.

Далее о процедуре strmenu. Эта процедура отвечает за организацию главного меню, которое находится в самом верху экрана, а также за выпадающие меню из пунктов главного меню. Главное меню содержит следующие пункты: Х, Установки, Тип работы, Операции и Помощь. На каждый из этих пунктов есть свое всплывающее меню. Разберем подробнее пункты всплывающих меню каждого из пунктов главного меню.

Пункт X главного меню вызывает всплывающее меню, содержащее два пункта: DOS и Выход. Пункту DOS соответствует процедура вызова командного интерпретатора DOS. Для возврата к интерфейсу программы testCAN требуется ввести в командной строке exit. Выбору пункта Выход - соответствует присвоение признаку fin значение false, после которого происходит выход из цикла вызова процедур strmenu, Stat2, ReadOkno. Дальнейшие действия программы описаны выше.

Пункт Установки главного меню вызывает всплывающее меню со следующими пунктами: Текущая конфигурация, Базовый адрес, Номер прерывания, Скорость обмена, Acceptance Code, Acceptance Mask, Bus Timing 0, Bus Timing 1, Output Control и Clock Divider. Каждый пункт вызывает свою процедуру обработки. Каждая процедура выводит окно, в котором либо выводится информация о настройках регистров CAN адаптера (пункт Текущая конфигурация), либо предлагается модифицировать соответствующий регистр. Эти пункты доступны только в режиме Установок CAN микроконтроллера.

Пункт Тип работы главного меню вызывает всплывающее меню со следующими пунктами: Самотестирование, Только прослушивание, Типы прерываний и Предел ошибок. Пункты Самотестирование и Только прослушивание вызывают процедуры, изменяющие соответствующий бит регистре Mode CAN микроконтроллера, который включает соответствующий дополнительный режим работы CAN микроконтроллера. Режим самотестирования позволяет послать пакет самому себе, притом подключение других узлов к сети необязательно, так как выработка сигнала подтверждения приема пакета не нужна. Режим только прослушивания аналогичен режиму пассивной ошибки узла, в отличии от которого сетчики ошибок перестают модифицироваться. Передача пакета в этом режиме невозможна. Пункт Типы прерываний вызывает окно со списком возможных причин прерывания. Курсором можно включить или отключить каждую из причин. Пункт Предел ошибок создает окно, в котором можно задать предел ошибок приема/передачи, после которого узел переходит в пассивный режим работы.

Пункт Операции главного меню вызывает всплывающее меню со следующими пунктами: Режим установок, Рабочий режим, Передача с ID29, Передача с ID11, Показ регистров и Обнуление ошибок. Первые два пункта позволяют выбрать режим работы CAN микроконтроллера. В режиме установок CAN микроконтроллер отключается от CAN шины и в этом режиме производится смена установок регистров. В другом режиме работы CAN микроконтроллера смена установок невозможна. В Рабочем режиме CAN микроконтроллер подключается к CAN шине и готов к приему/передаче пакетов. Смена режимов осуществляется изменением соответствующего бита в регистре Mode CAN микроконтроллера. С помощью пунктов Передача с ID29 и Передача с ID11 можно передать пакет в CAN сеть с длинной индентификатора 29 бит и 11 бит соответственно. При вводе пакета вначале пишется его идентификатор в виде восьмизначного (трехзначного) шестнадцатеричного числа. После идентификатора через пробел пишется значение бита RTR, и далее, через пробел пишутся байты данных в шестнадцатеричном виде. После нажатия Enter пакет уходит в сеть. Пункт Показ регистров позволяет просматривать значение регистров CAN микроконтроллера в шестнадцатиричном виде. В процедуре, которая вызывается этим пунктом, происходит непрерывное сканирование и вывода на экран области памяти, выделенной для CAN адаптера.

Пункт Помощь главного меню носит информативный характер и вызывает всплывающее меню со следующими пунктами: Описание программы, CAN протокол, Положения перемычек, Схема кабеля и О программе. Каждый из этих пунктов вызывает к просмотру в окне соответствующий файл помощи. Содержание пунктов можно посмотреть в самой программе.

После первоначального запуска программы необходимо ввести базовый адрес ISA CAN адаптера и номер прерывания. Адрес и прерывание выбираются в меню Установки. В дальнейшем информация об адресе и прерывании запишется в файл testCAN.ini. При необходимости можно изменить скорость обмена, а также установки CAN регистров. Затем, для того, чтобы начать обмен пакетами по сети необходимо перейти в Рабочий режим (при запуске и после выхода из программы CAN адаптер переключается в Режим Установок).



Заключение

Таким образом, в результате проделанной за год работы было сделано следующее:

Изучены принципы построения промышленных сетей и их отличие от обычных “офисных” сетей передачи данных.

Проведен обзор промышленных протоколов передачи данных и в качестве исследуемого выбран протокол CAN.

Изучен протокол CAN и проведен обзор наиболее популярных уровней приложения для CAN протокола: CAL/CANopen, CAN Kingdom, DeviceNet и SDS.

Изучена шина ISA персонального компьютера IBM PC/AT.

Изучены спецификации необходимых микросхем для построения ISA CAN адаптера.

Изучен язык записи логических выражений WinCUPL для реализации их на ПЛУ.

Разработана принципиальная схема ISA CAN адаптера.

Изучена система проектирования печатных плат P-CAD 2000 и в этой системе спроектирована печатная плата для устройства.

Написана программа для первоначального тестирования ISA CAN адаптера, позволяющая посылать и принимать пакеты по CAN сети передачи данных.

Собраны два образца ISA CAN адаптера на макетных платах и протестированы блок согласования ISA шины с CAN микроконтроллером, а также совместная работа адаптеров в сети.

На разработанное устройство создана конструкторская документация, позволяющая запустить адаптер в массовое производство.

Литература

CAN Physical Layer, CiA. http://www.datamicro.ru

CAN Data Link Layer, CiA. http://www.datamicro.ru

Краткий обзор промышленных сетей по материалам конференции "FieldComms'95" А. Н. ЛЮБАШИН, АО РТСофт

Стандарты по локальным вычислительным сетям. Справочник под ред. С.И.Самойленко. Москва "Радио и связь" 1990.

Современные индустриальные системы. В. Коваленко ИПН РАН Москва 1997.

Сеть CAN: популярные прикладные протоколы. А. Щербаков. ChipNews #5 1999г

Шина ISA персонального компьютера IBM PC/AT. С. М. Блохин. ПК “Сплайн” М., 1992

Atmel - WinCUPL (User's manual). http://www.atmel.com.

Спецификация микросхемы IN74HC245AN. ТУ РБ 14513714.004-06-95

Спецификация микросхемы SJA1000. http://www.chipinfo.ru

Спецификация микросхемы PCA82C251. http://www.chipinfo.ru

Спецификация микросхемы HCPL-7101. http://www.chipinfo.ru

Спецификация микросхемы TMA0505S. http://www.chipinfo.ru

Спецификация микросхемы ATF20V8BQL. http://www.chipinfo.ru

Приложение 1. Технические характеристики ISA CAN сетевого адаптера

разработан под 8-ми разрядный слот ISA.

один CAN микроконтроллер (Philips PCA82C200 или Philips SJA1000).

частота внешней синхронизации CAN микроконтроллера 16 MHz.

возможен выбор следующих линий прерываний IRQ: 3-7.

базовый адрес выбирается пользователем с помощью перемычек, начиная с 0xC000; возможно восемь значений базовых адресов; занимаемое адресное пространство равно двум килобайтам.

наличие оптической развязки.

Габаритные размеры: 142 x 120 x 17 мм.

Рабочий диапазон температур: от -40 до +85 градусов по Цельсию.

Напряжение питания: 5 В (постоянное) ± 10%.

Максимальный потребляемый ток: 370 мА.

Приложение 2. Листинг прошивки ПЛУ на языке WinCUPL

Name ISACAN3 ;PartNo ATF20V8B ;Date 01.05.02 ;Revision 03 ;Designer Valek ;Company Contur ;

Assembly None ;

Location USSR ;

Device g20v8a ;

/* *************** INPUT PINS *********************/

PIN 1=BALE ; /* / */

PIN 2=SA11 ; /* */

PIN 3=SA12 ; /* \ */

PIN 4=SA13 ; /* */

PIN 5=SA14 ; /* */

PIN 6=SA15 ; /* */

PIN 7=SA16 ; /* */

PIN 8=SA17 ; /* */

PIN 9=SA18 ; /* */

PIN 10=SA19 ; /* */

PIN 11=SMEMW ; /* */

PIN 13=SelA14 ; /* */

PIN 14=SelA15 ; /* */

PIN 15=SelA16 ; /* */

PIN 16=SMEMR ; /* */

PIN 22=IntI ; /* */

PIN 23=RstI ; /* */

/* *************** OUTPUT PINS *********************/

PIN 17=ASel ; /* */

PIN 18=IntO ; /* */

PIN 19=RstO ; /* */

PIN 20=CSel ; /* */

PIN 21=DSel ; /* */

/* ************** EQUATION ***************** */

TMP1 = !SA11 & !SA12 & !SA13 & !SA17 & SA18 & SA19;

CSel = !(TMP1 & (SA14 $ SelA14) & (SA15 $ SelA15) & (SA16 $ SelA16));

DSel = !(!CSel & !(SMEMR & SMEMW));

ASel = !BALE # CSel;

IntO = !IntI;

RstO = !RstI;