基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接口機裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多功能通信接口機裝置。一種基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接口機裝置，包括CPU核心板、母板、接口板以及電源模塊，其中CPU核心板搭載PowerPC嵌入式系統(tǒng)處理器；母板作為該裝置的主板，主要包括CPLD電路、擴展串口電路、總線電平轉換電路、RTC時鐘電路以及CAN接口電路和422/485接口電路；接口板包括CAN接口板、422/485接口板；所述CPU核心板與母板上總線電平轉換電路連接，經(jīng)過電平轉換后與CPLD電路、擴展串口電路及RTC電路連接，CPLD電路通過地址和數(shù)據(jù)時分復用方式的總線與CAN接口電路連接；擴展串口電路采用4通道異步收發(fā)器STC16C554芯片，擴展4路232串行接口連接422/485接口電路；所述CAN接口板、422/485接口板分別與母板上CAN接口電路及422/485接口電路連接。
【專利說明】基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多功能通信接ロ機裝置，尤其是涉及ー種基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機設備，用于實現(xiàn)以太網(wǎng)與CAN-bus、以太網(wǎng)與串行通信之間的數(shù)據(jù)轉換。
【背景技術】
[0002]隨著鉄路交通的快速發(fā)展，鉄路安全問題顯得更加突出。而各種信號檢測設備及監(jiān)控設施的投入，更是對鉄路信號微機監(jiān)測系統(tǒng)的通信能力提出了更高的要求。由于信號集中監(jiān)測系統(tǒng)中所連接CAN接ロ設備數(shù)量逐步增加，目前采用ISA及PC104類型的CAN擴展卡受限于エ控機上擴展槽位不足，另外隨著監(jiān)測內(nèi)容的増加，通信數(shù)據(jù)量劇增，站機對實時數(shù)據(jù)采集的負擔增加很多。為了解決上述問題，迫切需求ー種基于多CAN ロ、多串ロ到以太網(wǎng)接ロ的通信接ロ機設備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對【背景技術】提出的問題，本發(fā)明提出了一種基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，可以輕松完成CAN-bus網(wǎng)絡、串行通信和EtherNet網(wǎng)絡的互連互通,拓展了 CAN-bus網(wǎng)絡和串行通信網(wǎng)絡的范圍。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，包括CPU核心板、母板、接ロ板以及電源模塊，其中CPU核心板搭載PowerPC嵌入式系統(tǒng)處理器及網(wǎng)絡接ロ電路；母板作為該裝置的主板，主要包括CPLD電路部分、擴展串ロ電路部分、總線電平轉換電路部分、RTC時鐘電路部分以及CAN接ロ電路部分和422/485接ロ電路部分；所述接ロ板包括CAN接ロ板、422/485接ロ板以及指示燈接ロ板，以完成接ロ的擴展與防護功能；所述CPU核心板與母板上總線電平轉換電路部分連接，經(jīng)過電平轉換后與CPLD電路、擴展串ロ電路及RTC電路連接，CPLD電路部分將地址總線和數(shù)據(jù)總線獨立方式的總線轉換為地址和數(shù)據(jù)時分復用方式的總線后與CAN接ロ電路連接，擴展串ロ電路采用4通道異步收發(fā)器STC16C554芯片，擴展4路232串行接ロ連接422/485接ロ電路；所述CAN接ロ板與母板上CAN接ロ電路連接；所述422/485接ロ板與母板的422/485接ロ電路連接；電源模塊采用5V開關電源設計，為系統(tǒng)各模塊提供工作電源。
[0005]所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，CAN接ロ板包括CAN控制器芯片SJA1000與通用CAN隔離收發(fā)器CTM8251T，所述CAN控制器芯片與CAN隔離收發(fā)器連接；CAN隔離收發(fā)器受控連接于母板上的CAN接ロ電路，每塊CAN接ロ板集成2個CAN通道。
[0006]所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，在每個CAN通道前端設有氣體放電管防雷擊防護、瞬態(tài)抑制器防浪涌防護以及CAN共模濾波器抑制共模干擾三級防護電路。[0007]所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，422/485接ロ板選用ADM2587EBRWZ芯片，所述485/422芯片ADM2587EBRWZ受控連接于母板上的422/485接ロ電路；每塊422/485接ロ板集成2個串ロ通道。ADM2587/2E是繼ADM2483之后，ADI公司推出的高性能單電源完全隔離型485/422芯片，該芯片內(nèi)置了 DC-DC電源，磁隔離通道、全雙エRS485收發(fā)器。
[0008]所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，在每個串ロ通道前端設有氣體放電管防雷擊防護、瞬態(tài)抑制器防浪涌兩級防護電路。
[0009]所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，CPU核心板上的網(wǎng)絡接ロ電路由2片網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP及其外圍電路組成，以實現(xiàn)CPU核心板與計算機的網(wǎng)絡連接，所述網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP與CPU核心板連接，所述網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP通過外圍電路實現(xiàn)網(wǎng)絡芯片上電時的硬件配置電平選擇。
[0010]發(fā)明的有益積極效果:
1、本發(fā)明基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，提供了 一種基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)以太網(wǎng)與CAN-bus、以太網(wǎng)與串行通信數(shù)據(jù)轉換設備，實現(xiàn)了以太網(wǎng)與CAN-bus、以太網(wǎng)與串行通信數(shù)據(jù)轉換功能。采用高性能的嵌入式微控制器，標準接ロ種類多，不經(jīng)轉換，可以與不同種類接ロ的裝置通信；融合了 CAN、串口和以太網(wǎng)通信，消除了以往通信回路擴展瓶頸，具有很好的應用前景。
[0011]2、本發(fā)明基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，外部電路設汁簡単，工作頻率高，運行速度快；CAN接ロ、422/485接ロ波特率通過軟件可編程任意設置，具有較強的靈活性；CAN、422/485數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)雙向透明傳輸方式，可以滿足不同用戶的需要。
[0012]3、本發(fā)明基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置,通過PowerPC嵌入式系統(tǒng)的高速中斷處理能力和數(shù)據(jù)組包處理能力，對上行數(shù)據(jù)和下行控制信號進行緩沖及預處理，可較好地解決通信不正常的問題，提高系統(tǒng)的靈活性，還降低了集中監(jiān)測系統(tǒng)站機對實時數(shù)據(jù)采集的負擔。
[0013]4、本發(fā)明基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，在CAN接ロ、422/485接口前端增加三級防護電路:氣體放電管進行雷擊防護；瞬態(tài)抑制器進行浪涌防護；共模濾波器抑制共模干擾；通過三級防護電路，能夠確保通道設備的安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明中CAN接ロ電路部分原理圖。
[0016]圖3是本發(fā)明中串ロ接ロ電路部分原理圖。
【具體實施方式】
[0017]下面通過【具體實施方式】，對本發(fā)明的技術方案做進ー步的詳細描述。
[0018]實施例1
參見圖1，本發(fā)明基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，包括CPU核心板、母板、接ロ板以及電源模塊，其中CPU核心板搭載PowerPC嵌入式系統(tǒng)處理器及網(wǎng)絡接ロ電路；母板作為該裝置的主板，主要包括CPLD電路部分、擴展串ロ電路部分、總線電平轉換電路部分、RTC時鐘電路部分以及CAN接ロ電路部分和422/485接ロ電路部分；所述接ロ板包括CAN接ロ板、422/485接ロ板以及指示燈接ロ板，以完成接ロ的擴展與防護功能；所述CPU核心板與母板上總線電平轉換電路連接，經(jīng)過電平轉換后與CPLD電路、擴展串ロ電路及RTC電路連接，CPLD電路部分將地址總線和數(shù)據(jù)總線獨立方式的總線轉換為地址和數(shù)據(jù)時分復用方式的總線后與CAN接ロ電路連接，擴展串ロ電路采用4通道異步收發(fā)器STC16C554芯片，擴展4路232串行接ロ連接422/485接ロ電路；所述CAN接ロ板與母板上CAN接ロ電路連接；所述422/485接ロ板與母板的422/485接ロ電路連接；電源模塊采用5V開關電源設計，為系統(tǒng)各模塊提供工作電源。
[0019]如圖1所示，本實施例基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，內(nèi)部集成了 6路CAN-bus接ロ、9路串行通信接口和兩路EtherNet接ロ以及TCP/IP協(xié)議棧，用戶利用它可以輕松完成CAN-bus網(wǎng)絡、串行通信和EtherNet網(wǎng)絡的互連互通，進ー步拓展了CAN-bus網(wǎng)絡和串行通信網(wǎng)絡的范圍。同時，該設備通過PowerPC嵌入式系統(tǒng)的高速中斷處理能力和數(shù)據(jù)組包處理能力，對上行數(shù)據(jù)和下行控制信號進行緩沖及預處理，可較好地解決通信不正常的問題，提高系統(tǒng)的靈活性，還降低了集中監(jiān)測系統(tǒng)站機對實時數(shù)據(jù)采集的負擔。
[0020]實施例2
參見圖1、圖2。本實施例的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，與實施例I的不同之處在于:CAN接ロ板采用如圖2所示的接ロ電路，包括CAN控制器芯片SJA1000與通用CAN隔離收發(fā)器CTM8251T，所述CAN控制器芯片與CAN隔離收發(fā)器連接；CAN隔離收發(fā)器受控連接于母板上的CAN接ロ電路，每塊CAN接ロ板集成2個CAN通道，完成防護功能，隔離功能，協(xié)議轉換功能等。
[0021]具體實施時，出于設備安全需要，可以在每個CAN通道前端設有氣體放電管防雷擊防護、瞬態(tài)抑制器防浪涌防護以及CAN共模濾波器抑制共模干擾三級防護電路。其中，采用氣體放電管進行雷擊防護；采用瞬態(tài)抑制器進行浪涌防護；采用CAN共模濾波器抑制共模干擾。
[0022]實施例3、實施例4
參見圖1ー圖3，此兩個實施例的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，其分別與實施例1和實施例2的區(qū)別在于:422/485接ロ板采用如圖3所示的接ロ電路。所述接ロ電路選用ADM2587EBRWZ芯片，所述ADM2587EBRWZ芯片受控連接于母板上的422/485接ロ電路。每塊422/485接ロ板集成2個串ロ通道，完成防護功能，隔離功能，協(xié)議轉換功倉泛_。
[0023]ADM2587/2E是繼ADM2483之后，ADI公司推出的高性能單電壓完全隔離型485/422芯片。該芯片內(nèi)置了 DC-DC電源，磁隔離通道、全雙エRS485收發(fā)器，徹底解決了 RS485隔離通信外置DC-DC模塊的問題。
[0024]同理，出于設備安全防護需要，可以在每個串ロ通道前端増加兩級防護電路:1、氣體放電管進行雷擊防護；2、瞬態(tài)抑制器進行浪涌防護。
[0025]實施例5
本實施例的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，與前述各實施例不同的是:CPU核心板上的網(wǎng)絡接ロ電路由2片網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP及其外圍電路組成，以實現(xiàn)CPU核心板與計算機的網(wǎng)絡連接，方便從CPU上下載程序或者與外部的網(wǎng)絡連接。所述網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP與CPU核心板連接，RTL8201CP通過外圍電路實現(xiàn)網(wǎng)絡芯片上電時的硬件配置電平選擇。
[0026]本發(fā)明基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，CPU核心板(CPU及其外圍電路)包擴CPU、SDRAM、FLASH、實時時鐘、CPU時鐘、CPU電源、2路以太網(wǎng)接ロ芯片，以及與底板的接插件(采用1.27MM間距接插件);實現(xiàn)對整個硬件的智能接ロ擴展以及對重要信息的存儲等。
[0027]CPU電源為本板提供3.3V電源和1.5V電源，外部供電為3.3V。
[0028]SDRAM、FLASH部分為核心板提供系統(tǒng)運行需要的內(nèi)存和存儲空間電路。其中DRAM采用2片HY57V561620FTP-H-C，設計容量為64M。作為CPU核心板數(shù)據(jù)存儲器使用。FLASH采用一片JS28F128J3D75，設計容量為16M。作為CPU核心板程序存儲器使用。
[0029]母板上的接ロ電路部分包括CF卡接ロ、CAN接ロ板接ロ、422\485接ロ板接ロ等。母板主要完成的功能有:系統(tǒng)總線端ロ地址的分配；系統(tǒng)總線中斷源的分配；片選及中斷邏輯電路和總線控制邏輯電路的實現(xiàn)；給CPU板(核心板)、CAN接ロ板、422/485接ロ板、指示燈接ロ板、CF卡提供連接端ロ。
[0030]接ロ板主要完成接ロ的擴展與防護功能。
[0031]本發(fā)明基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，CPU核心板搭載飛思卡爾的MPC8247的PowerPC嵌入式系統(tǒng)處理器，利用通信接ロ機可以在Linux系統(tǒng)上進行軟件開發(fā)設計，通過在該平臺上運行Iin ux操作系統(tǒng)并且完成數(shù)據(jù)的處理與計算。其軟件部分包括U-BOOT的移植；Linux系統(tǒng)內(nèi)核的移植；外部接ロ驅動程序；應用程序四個部分。
[0032]軟件部分的外部接ロ驅動程序包括CAN接ロ驅動程序和串ロ驅動程序。
[0033]CAN驅動程序負責完成Iinux內(nèi)核與s jalOOO之間的數(shù)據(jù)通訊，即Iinux內(nèi)核設置SjalOOO的控制寄存器，讀寫SjalOOO接收、發(fā)送緩沖器。應用程序部分負責完成用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)交換，以及分析從SjalOOO接收到的報文，封裝要發(fā)送報文。
[0034]在Iinux中設備驅動程序是由ー組數(shù)據(jù)結構和函數(shù)組成的，它包含設備服務子程序(如open、read、write、close、ioctl等)、初始化函數(shù)can_init ()和中斷處理程序can_interrupt ()。
[0035]在Iinux加載can驅動時調(diào)用can_init(),向操作系統(tǒng)注冊?設備，同時完成can總線波特率的設置，id過濾器的設置，清空接收和發(fā)送緩沖區(qū)，開啟中斷等工作，完成初始化后，退出復位模式，進入正常的工作模式。read從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)；write向發(fā)送緩沖區(qū)寫人數(shù)據(jù)release關閉can控制器；ioctl向can控制器發(fā)各種操作命令，包括設置sjalOOO總線波特率、id過濾器等；open打開can控制器,并使用函數(shù)request_irq ()向系統(tǒng)申請中斷，并設置中斷處理程序為can_interrupt (),當sjalOOO內(nèi)部中斷寄存器(ir)的任意位置為I時，int引腳低電平有效,調(diào)用其中斷處理函數(shù)can-1nterrupt(),在該函數(shù)中讀取中斷控制寄存器，判斷中斷原因(接收中斷、發(fā)送中斷、錯誤中斷、數(shù)據(jù)溢出中斷、喚醒中斷)，從而調(diào)用相應的服務子程序。
[0036]sjalOOO讀操作程序:
base = ioremap(f6000000, 0x20);unsigned char read—can—reg(unsigned char 氺base，unsigned char reg )
{
unsigned char value;
writeb (reg, base);
value = readb(base+0x40);
return (value);
}
writeb (reg, base)模擬ale鎖存地址，發(fā)地址信號reg，base由硬件設計電路知道這將使地址鎖存信號ale拉高；然后，被送到了復用總線上；然后，通過readb (base+0x40)讀取地址reg上的數(shù)據(jù)，base將使ale拉低，reg被鎖存；然后，data被送到復用總線上，也就讀到了被鎖存的地址reg所指空間的數(shù)據(jù)。
【權利要求】
1.一種基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，包括CPU核心板、母板、接ロ板以及電源模塊，其特征在于:其中CPU核心板搭載PowerPC嵌入式系統(tǒng)處理器及網(wǎng)絡接ロ電路；所述母板作為該裝置的主板，主要包括CPLD電路、擴展串ロ電路、總線電平轉換電路、RTC時鐘電路以及CAN接ロ電路和422/485接ロ電路；所述接ロ板包括CAN接ロ板、422/485接ロ板以及指示燈接ロ板；所述CPU核心板與母板上總線電平轉換電路連接，經(jīng)過電平轉換后與CPLD電路、擴展串ロ電路及RTC電路連接，CPLD電路通過地址和數(shù)據(jù)時分復用方式的總線與CAN接ロ電路連接；擴展串ロ電路采用4通道異步收發(fā)器STC16C554芯片，擴展4路232串行接ロ連接422/485接ロ電路；所述CAN接ロ板與母板上CAN接ロ電路連接，所述422/485接ロ板與母板上422/485接ロ電路連接；電源模塊采用5V開關電源設計，為系統(tǒng)各模塊提供工作電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，其特征在于:CAN接ロ板包括CAN控制器芯片SJA1000與通用CAN隔離收發(fā)器CTM8251T，所述CAN控制器芯片與CAN隔離收發(fā)器連接；CAN隔離收發(fā)器受控連接于母板上的CAN接ロ電路，每塊CAN接ロ板集成2個CAN通道。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，其特征在干:在每個CAN通道前端設有氣體放電管防雷擊防護、瞬態(tài)抑制器防浪涌防護以及CAN共模濾波器抑制共模干擾三級防護電路。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，其特征在于:422/485接ロ板選用ADI公司推出的單電源隔離型485/422芯片ADM2587EBRWZ,所述485/422芯片受控連接于母板上的422/485接ロ電路；每塊422/485接ロ板集成2個串ロ通道。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，其特征在于:在每個串ロ通道前端設有氣體放電管防雷擊防護、瞬態(tài)抑制器防浪涌兩級防護電路。
6.根據(jù)權利要求4所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，其特征在于:CPU核心板上的網(wǎng)絡接ロ電路由2片網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP及其外圍電路組成，以實現(xiàn)CPU核心板與計算機的網(wǎng)絡連接，所述網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP與CPU核心板連接，所述網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP通過外圍電路實現(xiàn)網(wǎng)絡芯片上電時的硬件配置電平選擇。
7.根據(jù)權利要求1、2或3所述的基于PowerPC嵌入式系統(tǒng)的多功能通信接ロ機裝置，其特征在于:CPU核心板上的網(wǎng)絡接ロ電路由2片網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP及其外圍電路組成，以實現(xiàn)CPU核心板與計算機的網(wǎng)絡連接，所述網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP與CPU核心板連接，所述網(wǎng)絡擴展芯片RTL8201CP通過外圍電路實現(xiàn)網(wǎng)絡芯片上電時的硬件配置電平選擇。
【文檔編號】H04L12/02GK103607286SQ201310614291
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】牛振波, 張成斌, 徐大貴 申請人:河南輝煌科技股份有限公司