基于CAN的大客飞机航电系统局域网通信设计

摘要：提出一种基于CAN总线的大客飞机航电系统局域网通信仿真系统设计方法，探讨了CAN总线在航电总线中应用的优点及可能性。仿真系统硬件通过CAN总线通信卡及工控机实现，软件通过模块化设计方法实现。通信仿真系统实现了各子系统相关数据的传送、处理，以及相关信息的实时显示。应用表明，局域网通信系统工作正常、性能良好，能实现测试设备之间高速率的数据传输与转换，具有良好的实用价值。
关键词：大客飞机；CAN总线；局域网通信；CAN总线通信卡

0 引言
在大客飞机机载设备中，大量信息在系统与系统、系统与部件之间传递。为了让机载设备之间完成实时、准确地通信，尽量减少航电系统电气连线的复杂性，提高航电系统控制的灵活性，而能与其他子系统进行合理通信，必须选用一种合适的总线承担此任务。CAN(Controll er Area Network)总线以其独特的设计思想、优良的性能和极高的可靠性，足以完成上述任务，所以选用CAN总线来开发航电系统局域网通信仿真系统，这是CAN总线在航空领域应用的一次新的尝试。
文中采用CAN总线仿真大客飞机航电系统局域网通信，是以CAN总线为传输总线，以工控机作为子系统仿真机的通信系统，采用总线型拓扑结构。其目的在于仿真飞机某些子系统的功能、总线通信情况，测试整个仿真系统的工作情况，重点检验系统工作状态和逻辑时序的正确性，为CAN总线在航空领域的应用提供案例。

1 仿真系统的功能
CAN总线通信仿真系统分为六个子系统，仿真系统需要实现子系统之间实时准确的数据传输，根据用户需求设置系统的通信参数，如通信速率、通信方式、发送方式等，显示系统参数、本机参数、通信参数，实时显示系统接收的最新数据，保存通信记录。
CAN总线通信仿真系统由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括PCI_CAN通信接口板、仿真计算机、总线分线盒及CAN总线等，采用总线型拓扑结构。软件主要任务是根据相应工作状态对数据进行传输、处理以及显示。CAN总线通信仿真系统的拓扑结构如图1所示。

2 仿真系统的硬件设计
CAN总线通信卡是硬件设计的关键部分，主要由CAN总线接口部分、通信控制部分和PCI总线接口部分三大部分组成。电路设计原理框图如图2所示。

PCI协议芯片采用PCI9052，采用64 MB双口RAM缓存，用复杂可编程逻辑器件CPLD和单片机89C51来控制数据的读写，以保证数据的完整性和时序性；CPLD采用EPM7128；CAN控制器采用SJA1000；收发器采用82C250；6N137用作光耦隔离。
2．1 CAN总线接口部分
CAN总线通信卡总线接口电路如图3所示。

CAN总线通信控制部分主要由CAN总线控制器SJA1000、高速光耦6N137和CAN驱动器PCA82C250组成。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，CAN控制器SJA1000的通信引脚TX0和RX0并不是直接与PCA82C250的TXD和RXD相连，而是在中间加入一级高速光耦6N137，这样能很好地实现总线上各个CAN节点之问的电气隔离，增强了抗干扰能力。光耦电路用的2个电源VCC和VDD必须隔离。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块实现。这虽然增加了接口电路的复杂性，但却提高了节点的稳定性和安全性。PCA82C250的RS脚上接一个斜率电阻。电阻大小可以根据总线通信速度适当调整，一般在16～140 kΩ之间。SJA1000的初始化由单片机来完成，单片机通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信功能。AD0～AD7连接到单片机的P0口，CS连接到单片机的P2．7口，P2．7为0时，单片机CPU的片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读／写操作。SJA1000的RD，WR，ALE分别与单片机的相应引脚相连，SJA1000的INT接单片机的INT0，单片机也可通过中断方式访问SJA1000。
2．2 通信控制部分
CAN总线通信控制部分如图4所示，主要由CAN总线控制器SJA1000、单片机AT89S52和双口RAMIDT7006组成，负责整个CAN总线通信控制以及和PCI局部总线的互连。双口RAM作为CAN总线和PCI局部总线交换数据时的一个缓冲存储区。单片机AT89S52是该通信卡通信控制的核心，它负责与双口RAM以及CAN控制器SJA1000之间的通信。

将双口RAM的INTR和单片机的外部中断引脚INT1相连，当PCI9052向双口RAM传输完数据后，触发双口RAM中断引脚INTR，进而触发单片机中断，单片机执行中断服务程序，读取双口RAM中的数据。为了使SJA1000和AT89S52时钟同步，将SJA1000的CLKOUT引脚接至AT89S52的时钟输入端，作为AT89S52的外部时钟输入。SJA1000接收到新的数据后，给出中断信号INT，通过触发中断信号INT0让单片机实时处理这些数据，单片机把这些数据处理完成后，写入双口RAM指定的存储