基于CAN总线的I／O模块设计.pdfVIP

《工业控制计算~L))2007年20卷第12期 基于CAN总线的I／O模块设计 Designation of I／O Model based on CAN Bus 秦成虎 严晓蓉 (国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210003) 摘 要 提出了一种以CAN总线为基础的过程控制l／O模块的设计方案，介绍了该类型模块的功能、软件、硬件设计方法。用 CAN总线实现与通讯模块的数据交换。为保证数据传输的可靠性，在通讯上采用了冗余设计。 关键词：I／O模块，CAN总线 Abstract In this paper，the designation of I／O module for process control based on CAN bus is introduced The I／O module S function，hardware and software designation are introduced．The redundant designation is applied to ensure the communication reliability Keywords：I／O model，CAN bas 1 I／O模块的硬件设计 所示。其中一块是CPU板，是 l／O模块的核心，负责所有的数据 l／O模块的处理器选用Freescale的MC9S1 2XDP51 2微控 的处理、通讯。另一块为扩展板，根据不同的需要进行分别设计， 制器，总线速率40M，采用XGATE外围协处理数据访问技术，提 实现工业现场的模拟量的采集、模数转换和状态量的采集以及 升 CPU高达 80MIPS的额外性能。MC9S12XDP512高性能 控制量数模转换和输出。 SOC单片系统具备丰富的外设资源，包括4个CAN总线接I：1、4 基于冗余 CAN总线的数据采集模块以 MC9S12XDP512 个SCI接口、3个SPI接口、8M字节空问的总线扩展接口、tIC接 为核心处理芯片。整个硬件实现电路由四个部分组成： 口、多至 120个GPIO、8通道 16位TlMER、24个lRQ等等。 1)冗余CAN总线接口电路。每个I／O模块具有两个CAN 过程控制f／O模块的一个重要的特点是实时性，要能及时将 总线接口，两个接口并行工作。提高通讯的可靠性。缺省状态下， 过程变化反映给上位计算机，同时将当前的控制量输出。改善系 通讯模块选择通道A作为数据传输通道。当模块通道A出现故 统实时效能的一个熟知的方法是，额外提供一个逻辑模块，在事 障时，模块关闭相应的CAN总线，不影响总线上的其他模块的 件发生时产生响应，并允许处理器在较方便的时间来处理信息 工作。此时，通讯模块取用对应模块 8通道上的数据。 这个DMA控制器通常将传送到模块的信息复制到内存(RAM)， 并允许已处理的信息自动从内存移到外部外围装置。所有这些工 作皆独立于目前的CPU活动。这种方式肯定有所助益，但其效益 仅限于延迟必然发生的事件，CPU还是得在某一时间处理信息。 S12×克服了这一问题，即提供“智能型DMA”控制器，不只移动 资料，同时直接执行所有的处理工作。这个新的XGate可以从外 围装装置获取信息，连同其它资料(例如内存中的资料)一并处理， 然后传送到另一个外围装置，其问完全不需CPU的介入。 XGate是一个可程序的16位RISC核心，适于实时及 DMA类型运作。与S12×装置的整合意味从微控制器的任何一 个外围装置传来的中断都可以由主CPU或XGate处理。可实 现读写所有外围装置及内存、读取闪存中信息及通过设定以执 行复杂的工作任务。为了让XGate达到最大效能，其主要程序 图2 冗余CAN总线原理图 2)~1-围接口电路。主要是与各 I／O模块的扩展板的接口。提 通常储存位于内存中。这使得80MHz的时针可应用于控制器，