1 引言

在工业控制领域，嵌入式系统技术的应用日益广泛。PC104总线作为一种小型化、便携式的接口标准，在多种嵌入式设备中得到了广泛使用。然而，PC104总线与CAN总线之间缺乏直接通信能力，这限制了其在复杂现场环境中的应用范围。随着微控制器（MCU）市场需求的增长，带有CAN接口的MCU芯片数量达到13亿3千万片，其中CAN技术已远超其他现场总线如FF、PRO-FIBUS和LONWORKS。但是，由于PC104总线与CAN总线之间无法直接通信，因此难以将其集成到需要实时数据交换的工业控制系统中。

为了解决这个问题，我们设计了一款基于AVR单片机的转换卡，该卡能够实现PC104总线与CAN总线间的数据传输，并且考虑到了Linux操作系统在这些嵌入式工业计算机上的普遍存在。我们编写了一个驱动程序，使得Linux操作系统能够访问双端口RAM，从而实现对PC104和CAN两种不同网络协议的兼容性。

2 硬件部分

硬件设计采用了双端口RAM作为数据缓冲区，以解决不同速率网络间同步的问题。此外，我们还利用CPLD EPM7128来进行地址译码，并通过光隔处理增强电磁兼容性。在硬件层面，我们确保了数据传输过程中的稳定性和可靠性，同时保持了整个系统的小巧精致特点。

2.1 PC104 总 线 与 IDT7134 接 口 电 路

为了读取IDT7134存储器中的数据，我们首先映射IDT7134到PC104内存空间，并通过SMEMR* 和 SMEMW* 控制信号来设置OER/R/W功能。此外，还利用EPM7128 CPLD将高3位地址SA19、SA18、SA17译码为IDT7134片选信号。

2.2 ATmega64 与 IDT7134 接 口 电 路

ATmega64采用地址锁存技术来实现地址分时复用，而EPM7128 CPLD内部则包含VHDL代码来完成该锁存器。在图3中显示的是ATmega64与IDT7134接口电路，其中包括VHDL代码所描述的心智逻辑层次结构。

2.3 CPLD EPM7128 内 部 逻辑 设 计

EPM7128主要负责两个任务：一是进行地址译码；二是提供给ATmega64用于解锁其内置寄存器及状态信息。这项工作在QuartusⅡ 6.0环境下完成，上述VHDL代码详细说明了CSSJA1000为SJA1000片选信号，CS7134L为左端口片选，以及CS7134R为右端口片选。

3 软 件 部 分

软件设计采用双端口RAM缓冲区方案，该方案允许我们的转换卡既能发送也能接收来自不同的网络协议（如 CAN）的数据。在软件层面上，我们定义了一套握手协议，使得当有新的数据要被发送或从对方接受时，都可以正确地同步两条独立通信路径，即使它们运行速度差异巨大。

3.1 ATmaga64 处理 器 程 序 实 现

ATmaga64处理器负责底层对应于SJA1000 CAN 的读写操作，同时它会更新并检查位于双端口 RAM 中的一些关键区域，以此通知 Linux 驱动程序有新信息待处理。当检测到特定的标志值后，它会从这块 RAM 中检索出相应内容并通过 SJA1000 发送至 CAN 总线。此过程同样适用于反向方向，即从 CAN 收到的消息被提取出来并写回 PC 机上的主内存段落。一旦所有必要步骤已经执行完毕，它就会重置标志位以准备下一次消息传递周期。

在整个开发过程中，最重要的是保证驱动程序不仅具有良好的性能，而且也尽可能地减少对资源占用的影响。因此，对于每个函数调用都做出了仔细考量，以确保最佳效率。而对于初始化函数init_module()以及卸载函数cleanup_module()，分别涉及注册设备驱动、请求/释放I/O区域以及物理内存映射等关键步骤。

以上就是我们如何利用AVR单片机构建一款支持Linux操作系统下的PC104-CAN高速通信转换卡，以及如何编写相应驱动程序以实现这一目标。这项技术革新极大地拓展了前沿科技领域，如自动化生产流程管理和实时监控等领域，为行业带来了巨大的创新价值。