基于ARM的PC/104总线嵌入式工控机-CAN总线设计解析

"深入理解软件构造系统原理与最佳实践，本文档主要关注基于ARM的PC/104总线嵌入式工控机的设计与实现，特别是CAN总线和CPLD在其中的作用。" 本文档详细探讨了在工业控制领域中，如何利用低功耗且高性能的ARM处理器来构建满足特定需求的嵌入式工控机。ARM系列处理器因其低功耗特性，成为x86架构的替代选择，尤其适用于对功耗有严格要求的场合。在ARM处理器不直接支持PC/104总线的情况下，设计者采用了CPLD（复杂可编程逻辑器件）来实现ARM本地总线与PC/104总线之间的转换。 在PC/104总线设计部分，文档提到了CAN总线的应用。CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用的串行通信协议，特别适合于实时性和可靠性要求高的工业环境。文中提到的CAN控制器是SJAl000，它与PCA82C200兼容，具备更多的增强功能，如标准帧和扩展帧数据结构，以及接收过滤器和错误管理机制。SJAl000有两种工作模式：Basic CAN模式和PeliCAN模式，后者完全支持CAN2.0B协议。该控制器通过CPLD与PC/104总线连接，其片选信号CS由CPLD根据高位地址译码决定，读写操作由CPLD解析IOW和IOR信号产生。 硬件设计中，作者详细描述了系统各个组成部分，包括最小系统、CAN网络、以太网络和PC/104总线控制器的实现。在PC/104总线控制器部分，深入分析了ARM本地总线时序与PC/104总线时序的差异，并用VHDL语言实现了总线控制器的逻辑设计。 软件方面，文章讲述了如何移植嵌入式Linux操作系统，包括配置、编译和下载运行调试的过程。同时，开发了针对PC/104总线的驱动程序，实现了地址映射和中断绑定。此外，还编写了专门针对PC/104的CAN总线驱动，详细阐述了驱动的初始化、中断处理、数据缓冲区管理和文件操作接口。 最后，作者针对机车工业控制领域的具体需求，开发了一个实际系统，并进行了性能测试。测试结果显示，系统的定点运算能力与x86相当，满足设计要求。该系统通过了严格的高低温和射频干扰测试，并在3个月的装车试运行中表现出良好的稳定性，完全能够满足实际应用的需求。 关键词：嵌入式系统；ARM处理器；PC/104总线；CAN总线；CPLD；Linux操作系统；驱动程序；工业控制。