FPGA實(shí)現(xiàn)CAN總線通信節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　在項(xiàng)目的特殊環(huán)境要求下， CAN總線通信要求使用FPGA作為系統(tǒng)中的主控制器， 較之傳統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)， FPGA能夠在速度和體積上有更好的適應(yīng)性。FPGA 一方面減少了電路板的復(fù)雜程度， 縮短了實(shí)現(xiàn)周期; 另一方面， 其豐富的資源、超高的性能和靈活的可編程性， 提高了整個(gè)設(shè)備的可靠性， 大大增強(qiáng)了電路板設(shè)計(jì)的靈活性和可擴(kuò)展性。文中通過(guò)設(shè)計(jì)FPGA 的接口電路， 并利用Verilog語(yǔ)言來(lái)編程實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)之間的通信功能。

　　1 CAN 接口硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 CAN 節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)構(gòu)成

　　一般來(lái)說(shuō)， 每個(gè)CAN 模塊能夠被分成3 個(gè)不同的功能塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。CAN總線收發(fā)器提供CAN協(xié)議控制器與物理總線之間的接口， 控制從CAN 控制器到總線物理層或相反的邏輯電平信號(hào)。它的性能決定了總線接口、總線終端、總線長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)數(shù)， 是影響整個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)通信性能的關(guān)鍵因素之一。CAN 控制器執(zhí)行在CAN 規(guī)范里規(guī)定的完整的CAN 協(xié)議， 它通常用于報(bào)文緩沖和驗(yàn)收濾波， 對(duì)外具有與主控制器和總線收發(fā)器的接口。主控制器負(fù)責(zé)執(zhí)行應(yīng)用的功能， 例如控制命令的發(fā)送、讀傳感器和處理人機(jī)接口等。它通過(guò)對(duì)CAN 控制器進(jìn)行編程， 來(lái)控制CAN 總線的工作方式和工作狀態(tài)， 以及進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

圖1 CAN 模塊系統(tǒng)構(gòu)成

　　1.2 接口電路設(shè)計(jì)

　　接口電路如圖2所示。SJA1000的AD0~ AD7地址數(shù)據(jù)復(fù)用端口、ALE地址鎖存端口、RD、WR、片選CS端口均通過(guò)轉(zhuǎn)換芯片與FPGA的I /O口相連。SJA1000 的中斷輸出信號(hào)INT連入FPGA, 使CAN通信可以采用中斷或查詢方式。RST 端口的電路實(shí)現(xiàn)SJA1000的上電自動(dòng)復(fù)位功能。MODE 模式選擇端接+ 5 V, 設(shè)置SJA1000控制器為Intel模式。SJA1000 的時(shí)鐘晶振采用16MH z, 頻率調(diào)整電容取15 pF. R16為終端電阻，設(shè)計(jì)中取120Ω。 CAN 驅(qū)動(dòng)器PCA82C250 的RS腳為工作模式選擇位， 接地工作于高速模式， 接高工作于待機(jī)模式。系統(tǒng)通過(guò)電阻R14將芯片設(shè)定于斜率控制模式， 電阻值為47 kΩ , 這時(shí)CAN 總線應(yīng)工作于低速模式， 可提高CAN 總線抵抗射頻干擾的能力。在這種情況下， 可直接使用非屏蔽雙絞線作為總線。

　　設(shè)計(jì)中有2點(diǎn)需要特別注意： 第一點(diǎn)是FPGA 并沒(méi)有與SJA1000直接相連。這是因?yàn)閷?duì)于設(shè)計(jì)選取的FPGAXCV600, 其接口電平不支持5 V TTL的I/O 標(biāo)準(zhǔn)， 如果與5 VI/O標(biāo)準(zhǔn)的SJA1000直接相連， 將可能導(dǎo)致FPGA 管腳電流過(guò)大， 造成器件鎖死或者燒毀。為此采用雙向總線收發(fā)器74ALVC164245, 把SJA1000的5 V TTL電平信號(hào)AD0 ~ AD7、