一种基于FPGA的CAN总线通信接口的设计

2010-12-21 11:58:47来源: 电子设计工程

  CAN总线是现场总线的一种,因为其成本低、容错能力强、支持分布式控制、通信速率高等优点在汽车、工业控制、航天等领域得到广泛应用。但是计算机没有CAN总线接口,为了进行CAN总线的调试,必须具有专用的适配卡才能实现与计算机的通信。目前常用的CAN转换器是基于单片机设计的,一般只适用于单路CAN总线的数据转换,可扩展性差。

  在小卫星相机下位机系统中使用了多种总线,如CAN总线与卫星管理计算机的通信;RS422(或RS485)总线与成像单元等下行单元的通信。在进行相机下位机系统地面调试时,可能需要多种总线转换器。采用FPGA将不同总线协议转换成USB2.0、RS232等可与计算机直接交换数据的协议,可增强设计的灵活性,降低设计的成本和复杂性,且可实现多路总线的数据通信接口。

  这里以CAN总线通信接口为例,详细论述了基于FPGA的CAN总线转换USB接口的设计方案。

  1 系统硬件组成

  实现CAN总线与计算机双向通信接口的核心是FPGA。它首先接收来自CAN总线的数据,保存在FPGA内部设计的FIF0缓存中,经过内部数据格式的转换后,由USB控制器读取并上传给计算机。而总线数据注入过程的数据流向与之相反。FPCA选用Xilinx公司的Spartan3的XC3S200,系统硬件结构如图l所示。

系统硬件结构

  1.1 USB接口电路

  USB是一种支持即插即用及热插拔的串行总线,它具有传输速率高、连接灵活、使用方便等优点。CYPRESS公司的EZ-USB芯片CY7C68013A支持USB2.0协议,通信可靠,传输速率可达480 Mb/s。CY7C68013A工作在SLAVE FIF0异步通信方式下,接口电路如图2所示。

接口电路

  SLAVE FIFO异步写周期中,高电平需维持70ns,低电平需维持50ns,理论最高传输速率为8Mb/s,而CAN总线的最高传输速率为1Mb/s,符合通信要求。端口PA0~PA1用作USB控制器端向FPGA发送读写命令的控制线,由USB固件程序配合上位机端自定义请求代码产生PA端口的控制信号。另外使用了EEPROM芯片24LC128存放USB固件程序。

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关键字:FPGA  CAN总线  通信接口

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/1221/article_1499.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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