1 引 言 PC104嵌入式工業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。現場總線領域中，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嵌入式工業計算機上通常運行Linux操作系統的特點，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控制系統中，實際表明可以穩定可靠地運行。 2 硬件部分 PC104到CAN總線轉換卡的硬件系統框圖如圖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，為了適應工業現場惡劣的電磁環境，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，分別用來緩沖CAN總線的收發數據。當PC104總線有數據發到CAN總線上時，先將數據寫到雙端口RAM的CAN數據發送緩沖區，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數據發送緩沖區，同時將讀到的數據發到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總線的數據發送。CAN總線對PC104總線的數據發送與此過程相反。 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，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嵌入式工業計算機的Linux操作系統下訪問雙端口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操作系統下開發了PC104總線對雙端口RAM IDT7134訪問的驅動程序。在IDT7134內開辟標志區，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控制系統中經過實際測試表明可以穩定可靠地運行。