基于FPGA的CAN总线与以太网协议转换卡的实现

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将现场总线技术与以太网技术相结合是当今工业控制领域的热点,现场总线的稳定性实时性与以太网的灵活性都能得到体现。目前应用最广泛的现场总线是CAN总线,CAN总线有成熟的国际标准,被视为最有前途的现场总线之一。本文在Altera公司的FPGA平台上,用RTL设计完成了CAN总线的软核,方便进行功能裁剪和移植,并通过配置Altera公司提供的三速以太网IP核(triple-speed-megacore)来实现以太网的协议,降低开发成本,减少开发周期,最后使用SDRAM转存数据来实现两个协议间的转换。本文一共完成了以下几个方面的工作:1.完成了CAN协议的RTL设计,包括读写寄存器的设计、位同步设计、位流管理器设计。其中,读写寄存器按照SJA1000的运行机制来设计,通过读写寄存器来配置CAN总线的工作模式和波特率等;位同步设计中,用状态机实现了同步段和相位缓冲段1,相位缓冲段2之间的跳转,从而完成了对采样点和发送点的捕捉;位流管理器设计主要实现数据链路层的位编码、CRC校验以及验收滤波的功能。每一部分都给出了仿真结果及详细分析。2.利用Altera公司提供的三速以太网IP核来实现以太网协议,本文详细介绍了三速以太网IP核内部的寄存器以及内部FIFO,通过配置内部的寄存器,来最终实现以太网的功能,详细分析了以太网功能实现的仿真结果。除此之外,介绍了如何配置PHY端的接口,包括管理接口MDIO和数据接口,并用PHY芯片DP83658实现了以太网通信。3.用SDRAM作为缓存数据的媒介来完成两个协议的转换。SDRAM的控制模块分为状态控制模块、命令控制模块和读写控制模块,其中状态控制模块主要实现控制SDRAM状态的转移,包括上电初始化和工作状态,工作状态分为读、写、自刷新等状态。命令控制模块实现对SDRAM的接口控制,通过接口信号控制SDRAM正常工作。读写控制模块,实现对SDRAM的读写控制,与SDRAM进行数据交换,本文详细介绍了每个模块的设计,并分析了两个协议转换实现的波形仿真图。本论文实现了基于FPGA的CAN协议到以太网协议的转换方案,在实际应用中具有现实意义。
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