基于FPGA和CAN协议2.0B的总线控制器研究与设计

作     者：张国辉 

作者单位：长春大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任丽晔;李双成

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：CAN总线 控制器设计 自顶向下设计 可编程逻辑阵列 

摘      要：CAN总线是自动化系统整体水平的基础技术,对我国科技发展以及国民经济有着重大影响,随着CAN总线的发展和相关协议日益成熟,由国外研究机构和芯片制造商研究开发的CAN总线控制器相继问世。我国相应的研究设计工作近年来才逐步开展。目前国内对于CAN总线控制器芯片研究尚处于起步阶段,通过国外的芯片研究其核心技术,在此技术上进行创新和改进,对于推动我国现有芯片技术和CAN总线通信在我国的发展具有一定作用,同时对我国摆脱芯片进口依赖的现状具有重要的理论和现实意义。本文对CAN总线的核心控制器进行研究和设计,首先分析CAN总线协议2.0B,从数据链路层和物理层出发分别介绍CAN总线通信方式,对协议中规定的CAN总线报文格式和类别做详细描述。对标国外的经典产品SJA1000芯片,总结CAN总线控制器的功能概况,利用自顶向下的设计方法将CAN总线控制器按功能划分为复位模块、数据流管理模块、寄存器管理模块、物理接口模块和位时序处理模块。模块划分后利用Verilog HDL代码完成RTL级电路描述,完整实现CAN总线控制器设计。利用Modelsim仿真工具完成波形仿真验证,仿真结果满足控制器逻辑需求。由于当前国内在控制器设计过程中大多止步于单模块验证通过,在此基础上无法保证控制器的实用性。本文利用FPGA(Field Programmable Gate Array)搭建硬件验证平台,对设计进行布局布线和静态时序分析,在硬件平台上利用PC端监控系统实时监控CAN总线控制器内部的方式实现电路的整体验证及点对点通信测试,测试结果满足CAN总线2.0B协议的通信要求。