[实用新型]一种PCI双冗余CAN总线卡

说明书

本实用新型涉及一种PCI双冗余CAN总线卡，属于CAN总线网络控制技术及双冗余切换技术领域。

基于总线网络的控制系统，系统的检错能力和可靠性成为了一种关键技术。国内外对此进行了很多研究，冗余技术就是其中之一。

目前的技术采用软件管理冗余，综合当前各种冗余管理方案，概括起来有三种：

第一种是总线驱动器级冗余，即一个CPU、一个CAN控制器和两个物理总线驱动器；

第二种是CAN总线控制器级冗余，即一个CPU、两个CAN控制器、两个物理总线驱动器；

第三种是系统级冗余，即两个CPU、两个CAN控制器、两个物理总线驱动器。

双冗余CAN总线控制系统，一般包括多个双冗余CAN总线节点，每个节点具有两个物理层线路通道。

本实用新型提出的双冗余CAN总线切换网络，填补了硬件冗余管理的空白，实现了真正的双冗余切换网络，无需软件干涉冗余功能管理，只需简单的读写寄存器即可，冗余管理完全由硬件实现。

本实用新型提出一种基于CAN总线的双冗余通信系统，安装有本实用新型的PCI双冗余CAN总线卡的节点，具有双冗余通信的功能。

本实用新型提供PCI双冗余CAN总线卡，是基于背景技术中的第二种冗余方案即CAN总线控制器级冗余所提出的冗余解决方案，不同的是本实用新型中冗余管理由硬件逻辑实现。将第二种方案中的CAN控制器和CAN物理总线驱动器均由PCI双冗余CAN总线卡实现，而安装了PCI双冗余CAN总线卡的计算机作为第二种方案中的CPU。PCI双冗余CAN总线卡的核心是用FPGA芯片实现CAN总线控制器和冗余管理。

本实用新型提供PCI双冗余CAN总线卡，是基于背景技术中的第二种冗余方案即CAN总线控制器级冗余所提出的冗余解决方案，不同的是本实用新型中冗余管理由硬件逻辑实现。将第二种方案中的CAN控制器和CAN物理总线驱动器均由PCI双冗余CAN总线卡实现，而安装了PCI双冗余CAN总线卡的计算机作为第二种方案中的CPU。PCI双冗余CAN总线卡的核心是用FPGA芯片实现CAN总线控制器和冗余管理。

上述冗余管理的功能特征在于自动通道状态判断、自动消息发送通道选择、自动锁存两个发送通道的发送状态。

所述的自动通道状态判断是辅助状态机通过周期发送心跳消息实现，若发送心跳消息导致CAN总线节点错误被动激活时，则判定此通道故障。所述心跳消息的发送周期和内容由寄存器设定，最大默认发送周期是20ms。

所述的自动消息发送通道选择是主状态机通过判断两个辅助状态机给出的通道状态实现。一个消息的发送是从判断主通道的状态开始的，若主通道状态正常则从主通道发送，否则判断备用通道的状态，若备用通道状态正常则从备用通道发送，否则发送失败。通道切换时间随机分布在几微秒到周期发送时间之间。

所述的自动锁存两个发送通道的发送状态包括发送成功通道号、发送失败通道号、消息发送消耗时间、消息切换消耗时间和消息发送状态。

本实用新型一种PCI双冗余CAN总线卡，其结构如图1所示，它包含PCI接口芯片、FPGA芯片、隔离电源芯片、隔离芯片、驱动芯片和DB9接头，它们按序彼此相互连接。

所述的PCI接口芯片，一方面通过PCB板上的布线与板上的金手指相连，另一方面通过PCB板上的布线连接到FPGA芯片上。该PCI接口芯片采用PLX公司的PCI9030芯片，该芯片可以把PCI总线协议转化成本地地址数据总线。PCI9030具有132MB/s的数据传输量、本地总线最高时钟60MHz、支持5个本地地址范围、4个本地总线选通信号、具有字节格式大字和小字转换功能、支持中断产生和3.3V、5V信号兼容IO。使用PCI9030能够大大减少PCI总线的开发风险，缩短产品的研发周期。

所述的FPGA芯片，一方面通过PCB板上的布线连接到PCI接口芯片上，另一方面通过PCB板上的布线连接到隔离芯片上。该FPGA芯片采用XILINX公司的SPARTAN3系列的X3C400芯片，完成PCI本地接口和双冗余CAN总线控制器。X3C400具有40万个系统门、56K位分布RAM、288K位集成块RAM、16个专用乘法器、4个时钟管理单元和141个最大可用IO数量，并具有价格低廉、应用广泛等特点，成为本实用新型的最佳选择。