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基于DSP与SJA1000的CAN总线系统设计方案
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2017-10-23
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当前，有一些微处理器将CAN控制器嵌入到系统之中，但是仍有大量人们比较熟悉的微处理器并不带有CAN控制器。采用微处理器和CAN控制器组合的设计成为必要，而且，CAN控制器具有完成CAN总线通信协议所要求的全部必要功能，因此，CAN控制器与其它微处理器的接口设计成为设计CAN总线系统的首要工作。本文重点介绍以SHARC DSP为核心的、基于SJA1000的CAN总线接口设计。
SJA1000简介
SJA1000是一种独立的CAN控制器，用于移动目标和一般工业环境中的控制器局域网络（CAN）。它是Philips公司早期CAN控制器PCA82C200（Basic CAN）的替代品，而且增加了一种新的工作模式（PeliCAN），这种模式支持具有很多新功能的CAN2.0B协议。
SJA1000与微处理器的接口主要由8根数据和地址分时复用线完成：AD0“AD7、ALE/AS、、/E、、、MODE和，其中MODE为接口方式选择信号，可设置成Intel方式或Motorola方式。两者的区别在于：Intel模式下，处理器对SJA1000写时，用、作为读、写数据信号，ALE下降沿锁存地址（此时地址信号要保证基本的建立保持时间），仅在读、写数据时为低；Motorola模式下，读、写信号用区分（高电平读、低电平写），用/E选通数据（下降沿锁存），AS和CS类似于Intel的ALE和。目前流行的MCS51/96系列单片机提供了方便快捷的直接Intel方式接口，出于普遍性的考虑，本文以下的接口设计都是基于Intel模式的。
DSP的接口信号和时序
与早期的处理器不同，DSP芯片的片外引脚都采用地址线和数据线分离的设计方法，不再使用地址数据分时复用线，也没有ALE信号，这样就给CAN控制器与DSP的接口带来一定困难，且不同的DSP外部引脚和时序也略有区别。要设计CAN控制器与DSP的接口，首先必须比较DSP与CAN控制器的时序。
本文选用的DSP为ADSP21062，主频为40MHz，单周期（零等待）访问存储器时，要求存储器的响应（读或写）周期小于17ns，但许多存储器或外设的响应速度没有这么快，于是就要通过加等待来延长访问时间。ADSP2106x支持两种等待方式，即内等待（软等待）和外等待（硬等待）。
SJA1000和CAN总线的连接
选择82C250作为收发器，选择6N137高速光电隔离器实现系统和CAN总线的隔离。其连接方法如图1所示。这种设计既能做好电气隔离，又能保证数据的传输速度。
图1 SJA1000和CAN总线的连接
CAN控制器与DSP的接口设计方法
SJA1000的数据和地址信号为分时复用，而DSP为数据、地址信号分离的结构，而且DSP不提供ALE信号，设计的关键就是DSP要把SJA1000的地址当成数据写入并同时产生ALE信号。分析读写信号所要求的最短有效时间，由于读低电平到数据有效的时间最长为50ns，所以要保证读信号有效时间至少50ns，ADSP21062在用2个软等待时，其低电平时间为62.5ns（25ns/2+2×25ns），刚好能满足要求。
ADSP21062和SJA1000接口的简化设计
在外围设备连接不多的情况下，接口电路可以使用几个逻辑门实现。由于访问外部数据时，数据总线的低16位未用，所以使用的数据线从DATA16起始。当Flag1＝1时，SJA1000的WR始终为1，其ALE为DSP的WR的反向，当DSP把地址当成数据写入SJA1000时，低电平DSP的WR信号会转换成高电平的ALE，并在ALE的下降沿把数据锁存。当Flag1＝0时，ALE始终为0，无地址锁存操作。SJA1000的WR直接受DSP的WR信号控制。由Flag2直接控制CS。其连接如图2所示。
ADSP21062和SJA1000简化接口设计的相应程序如下：
1） ＃define CANADDR 0x400000
2） bit set mode2 FLG1O|FLG2O;
//设置Flag1，Flag2为输出
3） r1=0x00047800; dm（SYSCON）=r0;
//设置外部空间大小
4） r0=0x21a8c429;dm （WAIT）=r0;
//用2个软等待访问MS0
5） bit set astat ASTAT_FLG1;
//Flag1=1，
6） r0=addr;dm（CANADDR）=r0;//写入要访问的SJA1000的内部地址
7） bit clr astat ASTAT_FLG1;
//Flag1=0
8） bit clrastat ASTAT_FLG2;
//Flag2=0，CS=0
9） i0=CANADDR;r0=dm（i0，0）;
//读取SJA1000相应地址的数据
10） r1=3;dm（i0，0）=r1;
//写入数据到SJA1000相应地址
11） bit set astat ASTAT_FLG2;
//Flag2=1，CS=1，5
为说明方便，对各条指令编号。运行指令5、7、8、11各花费25ns，运行指令6、9、10各花费100ns，所以完成一次读或写需300ns。
SJA1000简介
SJA1000是一种独立的CAN控制器，用于移动目标和一般工业环境中的控制器局域网络（CAN）。它是Philips公司早期CAN控制器PCA82C200（Basic CAN）的替代品，而且增加了一种新的工作模式（PeliCAN），这种模式支持具有很多新功能的CAN2.0B协议。
SJA1000与微处理器的接口主要由8根数据和地址分时复用线完成：AD0“AD7、ALE/AS、、/E、、、MODE和，其中MODE为接口方式选择信号，可设置成Intel方式或Motorola方式。两者的区别在于：Intel模式下，处理器对SJA1000写时，用、作为读、写数据信号，ALE下降沿锁存地址（此时地址信号要保证基本的建立保持时间），仅在读、写数据时为低；Motorola模式下，读、写信号用区分（高电平读、低电平写），用/E选通数据（下降沿锁存），AS和CS类似于Intel的ALE和。目前流行的MCS51/96系列单片机提供了方便快捷的直接Intel方式接口，出于普遍性的考虑，本文以下的接口设计都是基于Intel模式的。
DSP的接口信号和时序
与早期的处理器不同，DSP芯片的片外引脚都采用地址线和数据线分离的设计方法，不再使用地址数据分时复用线，也没有ALE信号，这样就给CAN控制器与DSP的接口带来一定困难，且不同的DSP外部引脚和时序也略有区别。要设计CAN控制器与DSP的接口，首先必须比较DSP与CAN控制器的时序。
本文选用的DSP为ADSP21062，主频为40MHz，单周期（零等待）访问存储器时，要求存储器的响应（读或写）周期小于17ns，但许多存储器或外设的响应速度没有这么快，于是就要通过加等待来延长访问时间。ADSP2106x支持两种等待方式，即内等待（软等待）和外等待（硬等待）。
SJA1000和CAN总线的连接
选择82C250作为收发器，选择6N137高速光电隔离器实现系统和CAN总线的隔离。其连接方法如图1所示。这种设计既能做好电气隔离，又能保证数据的传输速度。
图1 SJA1000和CAN总线的连接
CAN控制器与DSP的接口设计方法
SJA1000的数据和地址信号为分时复用，而DSP为数据、地址信号分离的结构，而且DSP不提供ALE信号，设计的关键就是DSP要把SJA1000的地址当成数据写入并同时产生ALE信号。分析读写信号所要求的最短有效时间，由于读低电平到数据有效的时间最长为50ns，所以要保证读信号有效时间至少50ns，ADSP21062在用2个软等待时，其低电平时间为62.5ns（25ns/2+2×25ns），刚好能满足要求。
ADSP21062和SJA1000接口的简化设计
在外围设备连接不多的情况下，接口电路可以使用几个逻辑门实现。由于访问外部数据时，数据总线的低16位未用，所以使用的数据线从DATA16起始。当Flag1＝1时，SJA1000的WR始终为1，其ALE为DSP的WR的反向，当DSP把地址当成数据写入SJA1000时，低电平DSP的WR信号会转换成高电平的ALE，并在ALE的下降沿把数据锁存。当Flag1＝0时，ALE始终为0，无地址锁存操作。SJA1000的WR直接受DSP的WR信号控制。由Flag2直接控制CS。其连接如图2所示。
ADSP21062和SJA1000简化接口设计的相应程序如下：
1） ＃define CANADDR 0x400000
2） bit set mode2 FLG1O|FLG2O;
//设置Flag1，Flag2为输出
3） r1=0x00047800; dm（SYSCON）=r0;
//设置外部空间大小
4） r0=0x21a8c429;dm （WAIT）=r0;
//用2个软等待访问MS0
5） bit set astat ASTAT_FLG1;
//Flag1=1，
6） r0=addr;dm（CANADDR）=r0;//写入要访问的SJA1000的内部地址
7） bit clr astat ASTAT_FLG1;
//Flag1=0
8） bit clrastat ASTAT_FLG2;
//Flag2=0，CS=0
9） i0=CANADDR;r0=dm（i0，0）;
//读取SJA1000相应地址的数据
10） r1=3;dm（i0，0）=r1;
//写入数据到SJA1000相应地址
11） bit set astat ASTAT_FLG2;
//Flag2=1，CS=1，5
为说明方便，对各条指令编号。运行指令5、7、8、11各花费25ns，运行指令6、9、10各花费100ns，所以完成一次读或写需300ns。
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