PC104嵌入式工業(yè)計算機由于其小尺寸結構、堆棧式連接、輕松總線驅動的特點得到了廣泛的應用?，F場總線領域中，CAN總線得到了計算機芯片商的廣泛支持，他們紛紛推出直接帶有CAN接口的微處理器(MCU)芯片。

      帶有CAN的MCU芯片總量已經達到1億3 000萬片，因此在接口芯片技術方面，CAN已經遙遙領先于FF，PRO-FIBUS，LONWORKS等其他所有現場總線。但是PC104總線不能與CAN總線直接通信，因此在CAN總線控制系統(tǒng)中難以運用。

       針對以上問題，以AVR單片機為協處理器設計了PC104總線與CAN總線的轉換卡并且考慮到PC104嵌入式工業(yè)計算機上通常運行Linux操作系統(tǒng)的特點，編寫了轉換卡Linux下PC104總線訪問雙口RAM的驅動程序。該轉換卡運用在工業(yè)控制系統(tǒng)中，實際表明可以穩(wěn)定可靠地運行。

      2 硬件部分

      PC104到CAN總線轉換卡的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。在PC104總線與CAN總線的通信中，要考慮的主要問題是PC104總線與CAN總線數據同步問題。PC104總線與CAN總線的總線速度存在很大差異，針對這樣的問題通常采用的方法是使用雙端口RAM或FIFO作為緩沖器，這里使用雙端口RAM作為數據緩沖，同時在雙端口RAM中預留幾個字節(jié)作為ATmega64處理器與PC104嵌入式計算機的軟握手信號，通過以上方法完成PC104總線與CAN總線的數據同步。EPM7128為Altera的CPLD，這里使用CPLD主要用于PC104到CAN總線轉換卡的地址譯碼。CAN總線通信選用SJA1000 CAN總線控制器實現，為了適應工業(yè)現場惡劣的電磁環(huán)境，在SJA1000與PC82C250中經過了光隔處理。

      2.1 PC104總線與IDT7134接口電路

      PC104總線與IDT7134接口電路圖如圖2所示。

      PC104嵌入式計算機為了讀取雙端口RAM IDT7134的數據。首先將IDT7134映射到PC104嵌入式計算機的存儲器空間，使用SMEMR*、SMEMW*作為IDT7134的OER，R／W控制信號。另外利用CPLD EPM7128將PC104總線的高3位地址SA19、SA18、SA17譯碼作為IDT7134的片選信號。

      2.2 ATmega64與IDT7134接口電路

      處理器ATmega64采用的是地址線、數據線分時復用技術，因此需要進行地址鎖存。EPM7128內使用VHDL硬件描述語言設計了該地址鎖存器。ATmega64與IDT7134接口電路如圖3所示。

      2.3 CPLD EPM7128內部邏輯

      CPLD EPM7128在整個設計中主要完成譯碼，與地址鎖存的功能。在QuartusⅡ6.0環(huán)境下，通過VHDL硬件描述語言，完成上述功能。其程序源碼如下：

      在上面的VHDL代碼中CSSJA1000為SJA1000片選信號，CS7134L為IDT7134左端口片選，CS7134R為IDT7134右端口片選。

      3 軟件部分

      要實現PC104總線與CAN總線的數據通信，在上面的硬件設計中已經提到采用的是雙端口 RAM作為數據緩沖的方法，其中涉及在雙端口RAM中開辟數據區(qū)作為PC104嵌入式PC機與ATmega64的軟握手標志。握手過程要在PC104嵌入式PC機與ATmega64的軟件程序中實現，其過程如下：首先在雙端口RAM中開辟兩個緩沖區(qū)，分別用來緩沖CAN總線的收發(fā)數據。當PC104總線有數據發(fā)到CAN總線上時，先將數據寫到雙端口RAM的CAN數據發(fā)送緩沖區(qū)，然后向雙端口RAM預留的標志字段寫入特定值，通告ATmega64有數據要通過CAN總線發(fā)送，ATmega64采用查詢的方式檢測這個標志字段，當檢測到標志字段的特定值時，就讀取雙端口RAM的CAN數據發(fā)送緩沖區(qū)，同時將讀到的數據發(fā)到CAN總線上。上述過程后，ATmega64程序將標志字段復位。至此完成了PC104總線對CAN總線的數據發(fā)送。CAN總線對PC104總線的數據發(fā)送與此過程相反。

      3.1 ATmaga64處理器程序

      ATmaga64處理器對CAN總線進行底層的讀寫工作，同時將數據寫到雙端口RAM IDT7134 中，并將IDT7134中的首存儲字節(jié)設為標志位，通知PC104嵌入式PC機有數據被更新，要求PC104嵌入式PC機對IDT7134進行讀操作。基于以上的過程ATmaga64處理器程序包括對SJA1000初始化程序、SJA1000中斷處理程序以及訪問IDT7134的程序。

      3.2 PC104總線訪問雙口RAM的Linux驅動程序

      Linux驅動從結構上分為3個部分：

      (1)設備的配置和初始化，包括檢查設備的存在、狀態(tài)，設備的注冊及相關設備驅動程序的初始化。一般這部分程序僅在初始化時調用一次，他包含在init_module()例程中。

      (2)I／O請求服務程序主要通過系統(tǒng)調用，完成用戶的請求功能，如Read，Write等，設備的大多數操作都由I／O請求服務完成，主要包括Read，Write，Ioct1等例程。

      (3)中斷服務子程序，由系統(tǒng)接收所有硬件中斷，然后調用相應的中斷服務子程序。

      在Linux系統(tǒng)里，設備驅動以文件的方式出現，因此設備驅動的接口就是一個文件系統(tǒng)的接口，該接口由一個數據結構struct file_operations{}來定義，該數據結構是整個虛擬文件系統(tǒng)的標準接口。因此首先定義了PC104總線訪問雙口RAM驅動程序文件系統(tǒng)的數據結構。

      對于PC104內存段Linux內核在啟動時就建立了訪問這些地址的頁表，訪問他們的虛擬地址與實際物理地址不同，因此需要使用ioremap將物理地址映射到虛擬地址，才能夠對PC104總線進行訪問，來讀取雙口RAM數據。ioremap函數定義為：

      Void*ioremap(unsigned long phy_addr，unsigned longsize)

      參數phys_addr為物理地址，size為物理地址的長度。ioremap函數的返回值是一個特殊的虛擬地址，可以用來訪問指定的物理內存區(qū)域，這個虛擬地址最后要調用iounmap來釋放掉。以下將詳細介紹Linux驅動程序的各個函數的具體實現。

      3.2.1 初始化函數與卸載函數實現

      設備的配置和初始化函數init_module()中分別調用：

      register_chrdev()：進行設備注冊；

      request_irq()：請求中斷通道；

      request_mem_region()：分配I／O內存區(qū)域；

      ioremap()：物理地址映射到虛擬地址。

      程序源代碼如下：

      這就完成了設備驅動的初始化。設備驅動的卸載部分與初始化程序相反，卸載是回收分配給設備驅動程序的各種資源。cleanup_module()中分別調用：

iounmap()：釋放虛址；

release_mem_region()：釋放內存區(qū)域；

free_irq()：釋放中斷通道。

程序源代碼如下：

      3.2.2 讀函數實現

      讀函數定義了對雙口RAM的讀取過程，源代碼如下：

      其中copy_to_user將內核函數將虛擬地址pPxp-VirtStartAddr上的count個數據拷貝到buf指針指向的用戶空間上。之前設備的配置和初始化函數ink_module()中的ioremap()函數已經將雙口RAM物理地址映射到虛擬地址pPxpVirtStartAddr上，因此可以通過pxp_read()函數讀取雙口RAM。

      3.2.3 寫函數實現

      寫雙口RAM時調用pxp201_write()函數，其原理與讀雙口RAM相似，只是pxp201_write()函數中調用了copy_from_user()內核函數。

      3.2.4 open函數與release函數實現

      pxp_open()函數的實現如下，其中使用MOD_INC_USE_COUNT遞增設備的引用計數。

      pxp201_release()函數與pxp_open()過程相反，使用MOD_DEC_USE_COUNT遞減設備的引用計數。

       自此Linux下，雙口RAM的驅動模塊就完成了，可以利用Insmod工具將驅動程序模塊裝入內核。這樣就可以在PC104嵌入式工業(yè)計算機的Linux操作系統(tǒng)下訪問雙端口RAM了。

      4 結 語

      本文介紹了PC104總線與CAN總線通信的硬件實現，并且在PC104嵌入式計算機的Linux操作系統(tǒng)下開發(fā)了PC104總線對雙端口RAM IDT7134訪問的驅動程序。在IDT7134內開辟標志區(qū)，利用軟握手的方法實現了PC104總線與CAN總線的數據通信。該轉換卡運用在工業(yè)控制系統(tǒng)中經過實際測試表明可以穩(wěn)定可靠地運行。