基于DSP 內嵌ECAN模塊的總線接口設計

　　0 引言

　　CAN 總線以其可靠、實時、低成本優勢已在汽車、機械等工業控制領域廣泛應用。TMS320F2812是TI公司最具代表性的低成本、低功耗和高性能的定點DSP芯片，具有強大的事件管理能力和嵌入式控制能力。其內嵌的增強型CAN 總線控制器（ECAN）模塊，完全兼容CAN 2.0B 協議，郵箱數量增加至32 個，并增加了時間戳、消息過濾和超時發送功能，提高了應用CAN通信的靈活性。

　　ADM3053是ADI公司2011年推出一款集成信號和電源隔離功能的CAN 收發器。本文采用集成ECAN 模塊的TMS320F2812 和ADM3053 來設計CAN 節點。該設計將內嵌ECAN模塊的DSP作為節點主控制器，同時采用ADM3053芯片有效替代了傳統CAN收發器、信號隔離、供電隔離三部分電路，有效實現了模塊小型化、低功耗、低成本。

　　本接口模塊能夠實現正常的CAN通信，通信控制更加靈活。采用CAN通信監控卡和專用示波器CANScope對該接口的數據包、電平特性、眼圖進行分析，結果顯示信號品質良好。

　　1 硬件設計

　　1.1 硬件系統設計

　　典型的工業控制中CAN總線接口模塊硬件原理框圖如圖1所示，它由智能處理器、CAN協議控制器、信號隔離、收發器及供電隔離組成。智能處理器負責總線數據收發，CAN協議數據的解析和管理，響應上位機命令并反饋接口健康狀態；CAN 總線控制器功能是實現數據鏈路層功能，包括位時序邏輯、錯誤管理邏輯、驗收濾波器、收發緩沖管理等；CAN總線收發器功能是實現物理層功能，主要是收發信號與總線差分電平的相互轉換；隔離電路包含信號隔離和電源隔離兩部分，實現控制器與收發器之間的完全電氣隔離。

　　傳統的CAN總線接口電路是由采用獨立的接口管理CPU、CAN控制器、收發器及隔離電路搭建，這種方法占用板面積大、接口邏輯復雜、成本高。本設計應用了ADI 公司最新發布的ADM3053 芯片，該芯片集成了CAN 收發器、信號隔離及供電隔離三部分功能，見圖1中虛線方框部分。應用ADM3053有以下優勢：

　　（1）功耗低體積小。采用了基于電磁隔離原理的iCouple信號隔離專利技術。功耗相當于同數據傳輸率下傳統光電隔離器的1/10.同時采用了基于高頻開關的芯片級變壓技術isoPower實現供電隔離。在CAN 協議控制器與物理層總線之間創建一個完全隔離的接口。使得元器件數量減少，節約電路空間，簡化了接口設計，降低了設計復雜度；

　　（2）性能更高。在時序精度、瞬態共模抑制力、通道間匹配性能均優于傳統光電隔離器；（3）產品成本更低。每個通道成本相當于傳統光電隔離器的40%.

　　1.2 ECAN模塊結構

　　ECAN的接口與結構電路如圖2所示。ECAN具有32位內部結構，包括協議內核（CPK）和消息控制器。

　　在協議內核CPK 收到一個來自總線的消息后，消息控制器中的接收控制單元確定是否把接收的消息存儲到32 個消息郵箱RAM 中的某一個中。接收控制單元要檢驗消息的狀態、標識符和消息對象的屏蔽來決定郵箱的位置。接收的消息經過濾波后存放到第一個郵箱中。如果接收控制單元不能找到任何一個存儲接收消息的郵箱，則消息被丟棄。