基于FPGA的CAN總線控制器SJA1000軟核的設(shè)計

摘要：分析了CAN控制器SJA1000的特點及CAN協(xié)議通信格式。設(shè)計了控制器SJA1000的IP軟核，能為應(yīng)用提供一個性能優(yōu)良的、易于移植的控制器SJA1000，實現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的控制。
關(guān)鍵詞：FPGA；CAN控制器；SJA1000

控制局域網(wǎng)(CAN)屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信可靠性、實時性和靈活性好，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，通常基于ARM或51單片機(jī)，實現(xiàn)與CAN控制器的通信聯(lián)絡(luò)。FPGA／SOPC技術(shù)是實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的最高形式，基于IP軟核的設(shè)計與應(yīng)用也必將成為替代硬核的一種發(fā)展趨勢。憑借QuartuslI和NiosII工具，基于FPGA的VHDL(或Verilog)語言設(shè)計的IP核能夠提供靈活性和性能更好的控制器。
圖1為一個基于FPGA的控制器的CAN總線節(jié)點。其中PCA82C251是CAN總線接收器，SJA1000是CAN總線通信控制器，PMM8713是驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器，F(xiàn)PGA模塊在節(jié)點模型中對SJA1000進(jìn)行控制，并將接收到的幀信息進(jìn)行處理，發(fā)送給脈沖分配器，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。

在設(shè)計中采用自頂向下的設(shè)計方法。通過分析SJA1000常用的控制芯片51單片機(jī)的功能，將其分為主要的4個模塊：初始化模塊、位查詢模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和緩沖區(qū)釋放模塊。
對SJA1000完成控制功能的過程用狀態(tài)圖描述如圖2所示，這也是系統(tǒng)的主狀態(tài)機(jī)。4個狀態(tài)對應(yīng)上述的4個功能模塊，首先在initial_st-ate完成對sJA1000的初始化，在由init_end信號給出初始化完成標(biāo)志后，進(jìn)入查詢狀態(tài)，即query_RBS狀態(tài)，由位查詢模塊完成此時對SJA100 0的狀態(tài)查詢。如果查詢到SJA1000緩沖區(qū)有幀信息，將qRBS_end置“1”，進(jìn)入下一個狀態(tài)frame_cope，即幀處理狀態(tài)，此時由數(shù)據(jù)處理模塊完成對緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀取，并作處理。在讀取完一幀數(shù)據(jù)后，需要釋放緩沖區(qū)，為下一幀信息的接收做準(zhǔn)備。此時狀態(tài)轉(zhuǎn)入了release_buff-er，對應(yīng)功能模塊中的緩沖區(qū)釋放模塊，此狀態(tài)結(jié)束后又轉(zhuǎn)入位查詢狀態(tài)，為下一幀信息接收做準(zhǔn)備。

初始化模塊主要在系統(tǒng)上電或重啟后，先對SJA1000進(jìn)行初始化；位查詢模塊是在初始化完成后，對SJA1000狀態(tài)寄存器的接收緩沖區(qū)標(biāo)志位不斷進(jìn)行查詢，如果在緩沖區(qū)收到一幀信息后，則轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理模塊，否則繼續(xù)進(jìn)行查詢；數(shù)據(jù)處理模塊則是在查詢到接收緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)后，讀入幀數(shù)據(jù)，并對幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；緩沖區(qū)釋放模塊是在一幀信息處理完畢后，釋放緩沖區(qū)空間。
除了上述4個功能模塊之外，還需要讀寫模塊、雙端口模塊、模塊接口控制邏輯等。