CAN总线协议是博世公司在1986年推出的一种串行通信协议,它主要定义了通信双方在数据链路层与物理层的规范。CAN总线的最大传输速率能达到1Mbps,在汽车通讯网络和工业控制中被广泛应用。但随着车载网络中数据量的激增,对总线的传输速率提出了更高的要求。在此背景下,2011年博世推出CAN FD（CAN with Flexy Data Rate）协议,译为可变速率的CAN。改进后的CAN FD协议克服了CAN限制,能支持大于1Mbps的传输速率,并且将数据帧中数据场的最大有效负载从8个字节提升至64个字节。CAN FD继承了绝大部分传统CAN特性,并且能实现兼容CAN总线,这将CAN升级到CAN FD的硬件成本开销降低到最小。文章首先分析了CAN FD与CAN协议的区别,指出CAN FD的特点和相对于CAN做出的主要改进,并分析CAN FD未来的良好发展前景以及在车载网络中扮演角色的重要性。然后基于CAN FD协议与国际标准ISO-11898,通过硬件描述语言完成对CAN FD控制器核心逻辑的设计。最后介绍了各个功能模块在前端设计完成后的仿真验证结果。在控制器的设计过程中,首先根据协议与标准确定控制器的整体功能框架,然后基于功能独立的原则,将整个控制器划分为独立的功能子模块。子模块的设计过程包括确定主要的输入输出信号,画出基本时序图,编写Verilog代码进行功能描述。设计过程中运用Intel公司的FPGA开发平台QuartusⅡ软件进行Verilog代码编写与语法检查,通过Mentor公司的Questa Sim软件进行仿真验证。CAN FD控制器设计难点在于如何实现速率灵活切换,以及在提升传输速率的情况下如何进行数据采样。将控制器进行功能模块划分后,设计难点集中在数据接收与发送过程。在位时序模块,通过对系统时钟进行分频,产生控制器内用于处理时序关系的最小时间单元tq,由tq来构成数据位。实现速率切换的方法就是通过对主时钟分频产生两种脉冲频率的tq,在数据帧中通过切换tq实现速率的切换。在高速传输情况下,底层的收发器和传输链路存在一定的物理延迟,控制器作为发送节点时,不仅要发出数据,而且要从总线采样数据。采样点需要与发送点之间保持一定的延迟才能实现正确采样。高速传输的情况下,单个数据位的时间长度无法满足数据位内的采样点与发送点之间延迟大于底层物理延迟,设计中通过采用传输延迟抵消机制确定二次采样点,实现正确的数据采样。最后,对控制器的各个功能模块的仿真结果进行详细的讨论分析,仿真的结果验证了模块设计的正确性。