基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置

摘要

本发明涉及一种多功能通信接口机装置。一种基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，包括CPU核心板、母板、接口板以及电源模块，其中CPU核心板搭载PowerPC嵌入式系统处理器；母板作为该装置的主板，主要包括CPLD电路、扩展串口电路、总线电平转换电路、RTC时钟电路以及CAN接口电路和422/485接口电路；接口板包括CAN接口板、422/485接口板；所述CPU核心板与母板上总线电平转换电路连接，经过电平转换后与CPLD电路、扩展串口电路及RTC电路连接，CPLD电路通过地址和数据时分复用方式的总线与CAN接口电路连接；扩展串口电路采用4通道异步收发器STC16C554芯片，扩展4路232串行接口连接422/485接口电路；所述CAN接口板、422/485接口板分别与母板上CAN接口电路及422/485接口电路连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能通信接口机装置，尤其是涉及一种基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机设备，用于实现以太网与CAN-bus、以太网与串行通信之间的数据转换。

背景技术

随着铁路交通的快速发展，铁路安全问题显得更加突出。而各种信号检测设备及监控设施的投入，更是对铁路信号微机监测系统的通信能力提出了更高的要求。由于信号集中监测系统中所连接CAN接口设备数量逐步增加，目前采用ISA及PC104类型的CAN扩展卡受限于工控机上扩展槽位不足，另外随着监测内容的增加，通信数据量剧增，站机对实时数据采集的负担增加很多。为了解决上述问题，迫切需求一种基于多CAN口、多串口到以太网接口的通信接口机设备。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明提出了一种基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，可以轻松完成CAN-bus网络、串行通信和EtherNet网络的互连互通，拓展了CAN-bus网络和串行通信网络的范围。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，包括CPU核心板、母板、接口板以及电源模块，其中CPU核心板搭载PowerPC嵌入式系统处理器及网络接口电路；母板作为该装置的主板，主要包括CPLD电路部分、扩展串口电路部分、总线电平转换电路部分、RTC时钟电路部分以及CAN接口电路部分和422/485接口电路部分；所述接口板包括CAN接口板、422/485接口板以及指示灯接口板，以完成接口的扩展与防护功能；所述CPU核心板与母板上总线电平转换电路部分连接，经过电平转换后与CPLD电路、扩展串口电路及RTC电路连接，CPLD电路部分将地址总线和数据总线独立方式的总线转换为地址和数据时分复用方式的总线后与CAN接口电路连接，扩展串口电路采用4通道异步收发器STC16C554芯片，扩展4路232串行接口连接422/485接口电路；所述CAN接口板与母板上CAN接口电路连接；所述422/485接口板与母板的422/485接口电路连接；电源模块采用5V开关电源设计，为系统各模块提供工作电源。

所述的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，CAN接口板包括CAN控制器芯片SJA1000与通用CAN隔离收发器CTM8251T，所述CAN控制器芯片与CAN隔离收发器连接；CAN隔离收发器受控连接于母板上的CAN接口电路，每块CAN接口板集成2个CAN通道。

所述的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，在每个CAN通道前端设有气体放电管防雷击防护、瞬态抑制器防浪涌防护以及CAN共模滤波器抑制共模干扰三级防护电路。

所述的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，422/485接口板选用ADM2587EBRWZ芯片，所述485/422芯片ADM2587EBRWZ受控连接于母板上的422/485接口电路；每块422/485接口板集成2个串口通道。ADM2587/2E是继ADM2483之后，ADI公司推出的高性能单电源完全隔离型 485/422芯片，该芯片内置了DC-DC电源，磁隔离通道、全双工RS485收发器。

所述的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，在每个串口通道前端设有气体放电管防雷击防护、瞬态抑制器防浪涌两级防护电路。

所述的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，CPU核心板上的网络接口电路由2片网络扩展芯片RTL8201CP及其外围电路组成，以实现CPU核心板与计算机的网络连接，所述网络扩展芯片RTL8201CP与CPU核心板连接，所述网络扩展芯片RTL8201CP通过外围电路实现网络芯片上电时的硬件配置电平选择。

发明的有益积极效果：

1、本发明基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，提供了一种基于PowerPC嵌入式系统平台上实现以太网与CAN-bus、以太网与串行通信数据转换设备，实现了以太网与CAN-bus、以太网与串行通信数据转换功能。采用高性能的嵌入式微控制器，标准接口种类多，不经转换，可以与不同种类接口的装置通信；融合了CAN、串口和以太网通信，消除了以往通信回路扩展瓶颈，具有很好的应用前景。

2、本发明基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，外部电路设汁简单，工作频率高，运行速度快；CAN接口、422/485接口波特率通过软件可编程任意设置，具有较强的灵活性；CAN、422/485数据和以太网数据双向透明传输方式，可以满足不同用户的需要。

3、本发明基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，通过PowerPC嵌入式系统的高速中断处理能力和数据组包处理能力，对上行数据和下行控制信号进行缓冲及预处理，可较好地解决通信不正常的问题，提高系统的灵活性，还降低了集中监测系统站机对实时数据采集的负担。

4、本发明基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，在CAN接口、422/485接口前端增加三级防护电路：气体放电管进行雷击防护；瞬态抑制器进行浪涌防护；共模滤波器抑制共模干扰；通过三级防护电路，能够确保通道设备的安全。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图。

图2是本发明中CAN接口电路部分原理图。

图3是本发明中串口接口电路部分原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1，本发明基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，包括CPU核心板、母板、接口板以及电源模块，其中CPU核心板搭载PowerPC嵌入式系统处理器及网络接口电路；母板作为该装置的主板，主要包括CPLD电路部分、扩展串口电路部分、总线电平转换电路部分、RTC时钟电路部分以及CAN接口电路部分和422/485接口电路部分；所述接口板包括CAN接口板、422/485接口板以及指示灯接口板，以完成接口的扩展与防护功能；所述CPU核心板与母板上总线电平转换电路连接，经过电平转换后与CPLD电路、扩展串口电路及RTC电路连接，CPLD电路部分将地址总线和数据总线独立方式的总线转换为地址和数据时分复用方式的总线后与CAN接口电路连接，扩展串口电路采用4通道异步收发器STC16C554芯片，扩展4路232串行接口连接422/485接口电路；所述CAN接口板与母板上CAN接口电路连接；所述422/485接口板与母板的422/485接口电路连接；电源模块采用5V开关电源设计，为系统各模块提供工作电源。

如图1所示，本实施例基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，内部集成了6路CAN-bus接口、9路串行通信接口和两路EtherNet 接口以及TCP/IP协议栈，用户利用它可以轻松完成CAN-bus网络、串行通信和EtherNet网络的互连互通，进一步拓展了CAN-bus网络和串行通信网络的范围。同时，该设备通过PowerPC嵌入式系统的高速中断处理能力和数据组包处理能力，对上行数据和下行控制信号进行缓冲及预处理，可较好地解决通信不正常的问题，提高系统的灵活性，还降低了集中监测系统站机对实时数据采集的负担。

实施例2

参见图1、图2。本实施例的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，与实施例1的不同之处在于：CAN接口板采用如图2所示的接口电路，包括CAN控制器芯片SJA1000与通用CAN隔离收发器CTM8251T，所述CAN控制器芯片与CAN隔离收发器连接；CAN隔离收发器受控连接于母板上的CAN接口电路，每块CAN接口板集成2个CAN通道，完成防护功能，隔离功能，协议转换功能等。 

具体实施时，出于设备安全需要，可以在每个CAN通道前端设有气体放电管防雷击防护、瞬态抑制器防浪涌防护以及CAN共模滤波器抑制共模干扰三级防护电路。其中，采用气体放电管进行雷击防护；采用瞬态抑制器进行浪涌防护；采用CAN共模滤波器抑制共模干扰。

实施例3、实施例4

参见图1—图3，此两个实施例的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，其分别与实施例1和实施例2的区别在于：422/485接口板采用如图3所示的接口电路。所述接口电路选用ADM2587EBRWZ芯片，所述ADM2587EBRWZ芯片受控连接于母板上的422/485接口电路。每块422/485接口板集成2个串口通道，完成防护功能，隔离功能，协议转换功能等。

ADM2587/2E是继ADM2483之后，ADI公司推出的高性能单电压完全隔离型485/422芯片。该芯片内置了DC-DC电源，磁隔离通道、全双工RS485收发器，彻底解决了RS485隔离通信外置DC-DC模块的问题。

同理，出于设备安全防护需要，可以在每个串口通道前端增加两级防护电路：1、气体放电管进行雷击防护；2、瞬态抑制器进行浪涌防护。

实施例5

本实施例的基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，与前述各实施例不同的是：CPU核心板上的网络接口电路由2片网络扩展芯片RTL8201CP及其外围电路组成，以实现CPU核心板与计算机的网络连接，方便从CPU上下载程序或者与外部的网络连接。所述网络扩展芯片RTL8201CP与CPU核心板连接，RTL8201CP通过外围电路实现网络芯片上电时的硬件配置电平选择。

本发明基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，CPU核心板（CPU及其外围电路）包扩CPU、SDRAM、FLASH、实时时钟、CPU时钟、CPU电源、2路以太网接口芯片，以及与底板的接插件（采用1.27MM间距接插件）；实现对整个硬件的智能接口扩展以及对重要信息的存储等。

CPU电源为本板提供3.3V电源和1.5V电源，外部供电为3.3V。

SDRAM、FLASH部分为核心板提供系统运行需要的内存和存储空间电路。其中DRAM采用2片HY57V561620FTP-H-C，设计容量为64M。作为CPU核心板数据存储器使用。FLASH采用一片JS28F128J3D75，设计容量为16M。作为CPU核心板程序存储器使用。

母板上的接口电路部分包括CF卡接口、CAN接口板接口、422\485接口板接口等。母板主要完成的功能有：系统总线端口地址的分配；系统总线中断源的分配；片选及中断逻辑电路和总线控制逻辑电路的实现；给CPU板（核心板）、CAN接口板、422/485接口板、指示灯接口板、CF卡提供连接端口。

接口板主要完成接口的扩展与防护功能。

本发明基于PowerPC嵌入式系统的多功能通信接口机装置，CPU核心板搭载飞思卡尔的MPC8247的PowerPC嵌入式系统处理器，利用通信接口机可以在Linux系统上进行软件开发设计，通过在该平台上运行linux操作系统并且完成数据的处理与计算。其软件部分包括U-BOOT的移植；Linux系统内核的移植；外部接口驱动程序；应用程序四个部分。

软件部分的外部接口驱动程序包括CAN接口驱动程序和串口驱动程序。

CAN驱动程序负责完成linux内核与sja1000之间的数据通讯，即linux内核设置sja1000的控制寄存器，读写sja1000接收、发送缓冲器。应用程序部分负责完成用户空间和内核空间的数据交换，以及分析从sja1000接收到的报文，封装要发送报文。

在linux中设备驱动程序是由一组数据结构和函数组成的，它包含设备服务子程序(如open、read、write、close、ioctl等)、初始化函数can_init()和中断处理程序can_interrupt()。

在linux加载can驱动时调用can_init()，向操作系统注册设备，同时完成can总线波特率的设置，id过滤器的设置，清空接收和发送缓冲区，开启中断等工作，完成初始化后，退出复位模式，进入正常的工作模式。read从接收缓冲区读取数据；write向发送缓冲区写人数据；release关闭can 控制器；ioctl向can 控制器发各种操作命令，包括设置sja1000总线波特率、id过滤器等；open 打开can 控制器，并使用函数request_irq()向系统申请中断，并设置中断处理程序为can_interrupt()，当sja1000内部中断寄存器(ir)的任意位置为1时，int引脚低电平有效，调用其中断处理函数can-interrupt()，在该函数中读取中断控制寄存器，判断中断原因(接收中断、发送中断、错误中断、数据溢出中断、唤醒中断)，从而调用相应的服务子程序。

sja1000读操作程序：

base = ioremap(f6000000, 0x20);

unsigned char read_can_reg(unsigned char *base,unsigned char reg )

{

    unsigned char value;

    writeb(reg,base);

    value = readb(base+0x40);

    return(value);

}

writeb(reg, base)模拟ale锁存地址，发地址信号reg，base由硬件设计电路知道这将使地址锁存信号ale拉高；然后，reg被送到了复用总线上；然后，通过readb(base+0x40) 读取地址reg上的数据，base将使ale拉低，reg被锁存；然后，data被送到复用总线上，也就读到了被锁存的地址reg所指空间的数据。