1 引 言 PC104嵌入式工業(yè)計算機由于其小尺寸結(jié)構(gòu)、堆棧式連接、輕松總線驅(qū)動的特點得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)場總線領(lǐng)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(jīng)達(dá)到1億3 000萬片，因此在接口芯片技術(shù)方面，CAN已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于FF，PRO-FIBUS，LONWORKS等其他所有現(xiàn)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(xié)處理器設(shè)計了PC104總線與CAN總線的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換卡Linux下PC104總線訪問雙口RAM的驅(qū)動程序。該轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩沖，同時在雙端口RAM中預(yù)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(shù)據(jù)同步。EPM7128為Altera的CPLD，這里使用CPLD主要用于PC104到CAN總線轉(zhuǎn)換卡的地址譯碼。CAN總線通信選用SJA1000 CAN總線控制器實現(xiàn)，為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的電磁環(huán)境，在SJA1000與PC82C250中經(jīng)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)線分時復(fù)用技術(shù)，因此需要進(jìn)行地址鎖存。EPM7128內(nèi)使用VHDL硬件描述語言設(shè)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(nèi)部邏輯 CPLD EPM7128在整個設(shè)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(xiàn)PC104總線與CAN總線的數(shù)據(jù)通信，在上面的硬件設(shè)計中已經(jīng)提到采用的是雙端口 RAM作為數(shù)據(jù)緩沖的方法，其中涉及在雙端口RAM中開辟數(shù)據(jù)區(qū)作為PC104嵌入式PC機與ATmega64的軟握手標(biāo)志。握手過程要在PC104嵌入式PC機與ATmega64的軟件程序中實現(xiàn)，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(shù)據(jù)。當(dāng)PC104總線有數(shù)據(jù)發(fā)到CAN總線上時，先將數(shù)據(jù)寫到雙端口RAM的CAN數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，然后向雙端口RAM預(yù)留的標(biāo)志字段寫入特定值，通告ATmega64有數(shù)據(jù)要通過CAN總線發(fā)送，ATmega64采用查詢的方式檢測這個標(biāo)志字段，當(dāng)檢測到標(biāo)志字段的特定值時，就讀取雙端口RAM的CAN數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)，同時將讀到的數(shù)據(jù)發(fā)到CAN總線上。上述過程后，ATmega64程序?qū)?biāo)志字段復(fù)位。至此完成了PC104總線對CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送。CAN總線對PC104總線的數(shù)據(jù)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(jìn)行底層的讀寫工作，同時將數(shù)據(jù)寫到雙端口RAM IDT7134 中，并將IDT7134中的首存儲字節(jié)設(shè)為標(biāo)志位，通知PC104嵌入式PC機有數(shù)據(jù)被更新，要求PC104嵌入式PC機對IDT7134進(jìn)行讀操作?；谝陨系倪^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(qū)動程序 Linux驅(qū)動從結(jié)構(gòu)上分為3個部分： （1）設(shè)備的配置和初始化，包括檢查設(shè)備的存在、狀態(tài)，設(shè)備的注冊及相關(guān)設(shè)備驅(qū)動程序的初始化。一般這部分程序僅在初始化時調(diào)用一次，他包含在init_module（）例程中。 （2）I／O請求服務(wù)程序主要通過系統(tǒng)調(diào)用，完成用戶的請求功能，如Read，Write等，設(shè)備的大多數(shù)操作都由I／O請求服務(wù)完成，主要包括Read，Write，Ioct1等例程。 （3）中斷服務(wù)子程序，由系統(tǒng)接收所有硬件中斷，然后調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。 在Linux系統(tǒng)里，設(shè)備驅(qū)動以文件的方式出現(xiàn)，因此設(shè)備驅(qū)動的接口就是一個文件系統(tǒng)的接口，該接口由一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct file_operations｛｝來定義，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是整個虛擬文件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口。因此首先定義了PC104總線訪問雙口RAM驅(qū)動程序文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 對于PC104內(nèi)存段Linux內(nèi)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?qū)C104總線進(jìn)行訪問，來讀取雙口RAM數(shù)據(jù)。ioremap函數(shù)定義為： Void＊ioremap（unsigned long phy_addr，unsigned longsize） 參數(shù)phys_addr為物理地址，size為物理地址的長度。ioremap函數(shù)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(nèi)存區(qū)域，這個虛擬地址最后要調(diào)用iounmap來釋放掉。以下將詳細(xì)介紹Linux驅(qū)動程序的各個函數(shù)的具體實現(xiàn)。 3.2.1 初始化函數(shù)與卸載函數(shù)實現(xiàn) 設(shè)備的配置和初始化函數(shù)init_module（）中分別調(diào)用： register_chrdev（）：進(jìn)行設(shè)備注冊； request_irq（）：請求中斷通道； request_mem_region（）：分配I／O內(nèi)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(shè)備驅(qū)動的初始化。設(shè)備驅(qū)動的卸載部分與初始化程序相反，卸載是回收分配給設(shè)備驅(qū)動程序的各種資源。cleanup_module（）中分別調(diào)用： iounmap（）：釋放虛址； release_mem_region（）：釋放內(nèi)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(shù)實現(xiàn) 讀函數(shù)定義了對雙口RAM的讀取過程，源代碼如下： 其中copy_to_user將內(nèi)核函數(shù)將虛擬地址pPxp-VirtStartAddr上的count個數(shù)據(jù)拷貝到buf指針指向的用戶空間上。之前設(shè)備的配置和初始化函數(shù)ink_module（）中的ioremap（）函數(shù)已經(jīng)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(shù)讀取雙口RAM。 3.2.3 寫函數(shù)實現(xiàn) 寫雙口RAM時調(diào)用pxp201_write（）函數(shù)，其原理與讀雙口RAM相似，只是pxp201_write（）函數(shù)中調(diào)用了copy_from_user（）內(nèi)核函數(shù)。 3.2.4 open函數(shù)與release函數(shù)實現(xiàn) pxp_open（）函數(shù)的實現(xiàn)如下，其中使用MOD_INC_USE_COUNT遞增設(shè)備的引用計數(shù)。 pxp201_release（）函數(shù)與pxp_open（）過程相反，使用MOD_DEC_USE_COUNT遞減設(shè)備的引用計數(shù)。 自此Linux下，雙口RAM的驅(qū)動模塊就完成了，可以利用Insmod工具將驅(qū)動程序模塊裝入內(nèi)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(jié) 語 本文介紹了PC104總線與CAN總線通信的硬件實現(xiàn)，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(qū)動程序。在IDT7134內(nèi)開辟標(biāo)志區(qū)，利用軟握手的方法實現(xiàn)了PC104總線與CAN總線的數(shù)據(jù)通信。該轉(zhuǎn)換卡運用在工業(yè)控制系統(tǒng)中經(jīng)過實際測試表明可以穩(wěn)定可靠地運行。