[實用新型]一種PCI雙冗余CAN總線卡

有效

• 申請號: 201320110534.0
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN203102275U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 袁慧梅;韓相東
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: G06F13/40
• 分類號: G06F13/40
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本實用新型涉及一種PCI雙冗余CAN總線卡，屬于CAN總線網絡控制技術及雙冗余切換技術領域。

基于總線網絡的控制系統，系統的檢錯能力和可靠性成為了一種關鍵技術。國內外對此進行了很多研究，冗余技術就是其中之一。

目前的技術采用軟件管理冗余，綜合當前各種冗余管理方案，概括起來有三種：

第一種是總線驅動器級冗余，即一個CPU、一個CAN控制器和兩個物理總線驅動器；

第二種是CAN總線控制器級冗余，即一個CPU、兩個CAN控制器、兩個物理總線驅動器；

第三種是系統級冗余，即兩個CPU、兩個CAN控制器、兩個物理總線驅動器。

雙冗余CAN總線控制系統，一般包括多個雙冗余CAN總線節點，每個節點具有兩個物理層線路通道。

本實用新型提出的雙冗余CAN總線切換網絡，填補了硬件冗余管理的空白，實現了真正的雙冗余切換網絡，無需軟件干涉冗余功能管理，只需簡單的讀寫寄存器即可，冗余管理完全由硬件實現。

本實用新型提出一種基于CAN總線的雙冗余通信系統，安裝有本實用新型的PCI雙冗余CAN總線卡的節點，具有雙冗余通信的功能。

本實用新型提供PCI雙冗余CAN總線卡，是基于背景技術中的第二種冗余方案即CAN總線控制器級冗余所提出的冗余解決方案，不同的是本實用新型中冗余管理由硬件邏輯實現。將第二種方案中的CAN控制器和CAN物理總線驅動器均由PCI雙冗余CAN總線卡實現，而安裝了PCI雙冗余CAN總線卡的計算機作為第二種方案中的CPU。PCI雙冗余CAN總線卡的核心是用FPGA芯片實現CAN總線控制器和冗余管理。

本實用新型提供PCI雙冗余CAN總線卡，是基于背景技術中的第二種冗余方案即CAN總線控制器級冗余所提出的冗余解決方案，不同的是本實用新型中冗余管理由硬件邏輯實現。將第二種方案中的CAN控制器和CAN物理總線驅動器均由PCI雙冗余CAN總線卡實現，而安裝了PCI雙冗余CAN總線卡的計算機作為第二種方案中的CPU。PCI雙冗余CAN總線卡的核心是用FPGA芯片實現CAN總線控制器和冗余管理。

上述冗余管理的功能特征在于自動通道狀態判斷、自動消息發送通道選擇、自動鎖存兩個發送通道的發送狀態。

所述的自動通道狀態判斷是輔助狀態機通過周期發送心跳消息實現，若發送心跳消息導致CAN總線節點錯誤被動激活時，則判定此通道故障。所述心跳消息的發送周期和內容由寄存器設定，最大默認發送周期是20ms。

所述的自動消息發送通道選擇是主狀態機通過判斷兩個輔助狀態機給出的通道狀態實現。一個消息的發送是從判斷主通道的狀態開始的，若主通道狀態正常則從主通道發送，否則判斷備用通道的狀態，若備用通道狀態正常則從備用通道發送，否則發送失敗。通道切換時間隨機分布在幾微秒到周期發送時間之間。

所述的自動鎖存兩個發送通道的發送狀態包括發送成功通道號、發送失敗通道號、消息發送消耗時間、消息切換消耗時間和消息發送狀態。

本實用新型一種PCI雙冗余CAN總線卡，其結構如圖1所示，它包含PCI接口芯片、FPGA芯片、隔離電源芯片、隔離芯片、驅動芯片和DB9接頭，它們按序彼此相互連接。

所述的PCI接口芯片，一方面通過PCB板上的布線與板上的金手指相連，另一方面通過PCB板上的布線連接到FPGA芯片上。該PCI接口芯片采用PLX公司的PCI9030芯片，該芯片可以把PCI總線協議轉化成本地地址數據總線。PCI9030具有132MB/s的數據傳輸量、本地總線最高時鐘60MHz、支持5個本地地址范圍、4個本地總線選通信號、具有字節格式大字和小字轉換功能、支持中斷產生和3.3V、5V信號兼容IO。使用PCI9030能夠大大減少PCI總線的開發風險，縮短產品的研發周期。

所述的FPGA芯片，一方面通過PCB板上的布線連接到PCI接口芯片上，另一方面通過PCB板上的布線連接到隔離芯片上。該FPGA芯片采用XILINX公司的SPARTAN3系列的X3C400芯片，完成PCI本地接口和雙冗余CAN總線控制器。X3C400具有40萬個系統門、56K位分布RAM、288K位集成塊RAM、16個專用乘法器、4個時鐘管理單元和141個最大可用IO數量，并具有價格低廉、應用廣泛等特點，成為本實用新型的最佳選擇。