CAN总线控制器的研究与设计

论文摘要

控制器局域网CAN (Controller Area Network)是由ISO定义的串行通信总线,属于现场总线范畴。CAN总线以其高性能、高可靠性以及灵活的设计日益受到人们的重视,在汽车工业、航空工业、工业控制等领域中已得到了广泛应用,并正向更多的领域发展。CAN网络的关键部分是总线控制器,CAN总线控制器是实现CAN总线通讯协议要求的器件,是将各个控制节点连接到总线的重要环节。而目前市面上存在的CAN总线控制器都是按标准定制好的,不同CAN控制器的电气参数往往不一样,不能兼容,并且种类繁多的CAN控制器大都是功能标准化的产品,若要实现额外的功能,则还需外搭电路,实现起来较为复杂。因此本文提出一种基于FPGA的CAN总线控制器的实现方案,给出其结构框图,并对内部各模块进行较为详细的介绍。本文采用自顶向下的设计方式对CAN控制器芯片进行设计,通过仿真工具来保证设计功能的正确性。本文首先结合应用分析了CAN总线协议,分析现有的CAN总线控制器(Philips公司的控制器SJA1000)后,对整个CAN总线控制器芯片体系结构进行划分,将CAN总线控制器分解成各几个功能模块。其中,作者主要完成了验收滤波模块和CRC校验模块的设计。因此本文主要介绍了验收滤波和CRC校验的原理以及使用Verilog HDL的具体实现过程,并且在FPGA开发工具QuartusⅡ上进行功能仿真验证,证明功能模块功能的正确性,并给出了它们的RTL级电路图和仿真波形。本文的不足之处是没有对其他模块如寄存器模块和位时序逻辑模块等进行详细的研究和设计,以后还需要做进一步的工作。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 CAN现场总线的特点及研究现状
• 1.1.1 CAN总线的特点
• 1.1.2 研究现状
• 1.2 FPGA
• 1.3 Verilog HDL
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 课题的主要研究内容
• 2 CAN总线协议
• 2.1 CAN总线协议中的基本概念
• 2.2 CAN总线通信模型
• 2.3 报文传输
• 2.4 CAN总线帧类型
• 2.4.1 数据帧
• 2.4.2 远程帧
• 2.4.3 错误帧
• 2.4.4 过载帧
• 2.4.5 帧间空间
• 2.5 报文校验
• 2.6 编码
• 2.7 错误处理
• 2.7.1 错误检测
• 2.7.2 出错时发出的信号
• 2.8 小结
• 3 CAN控制器
• 3.1 CAN控制器在控制系统中的位置和作用
• 3.2 SJA1000的模块结构
• 3.3 SJA1000内部的详细介绍
• 3.3.1 BasicCAN模式下的寄存器
• 3.3.2 PeliCAN模式下的寄存器
• 3.4 小结
• 4 CAN控制器的设计
• 4.1 验收滤波器设计
• 4.1.1 验收滤波器的Verilog HDL实现
• 4.1.2 RTL电路图
• 4.1.3 仿真波形
• 4.2 CRC校验设计
• 4.2.1 CRC码校验的工作原理
• 4.2.2 CRC校验码的Verilog HDL实现
• 4.2.3 RTL电路图
• 4.2.4 仿真波形
• 4.3 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集