基于FPGA的CAN總線控制器SJA1000軟核的設(shè)計(jì)

每一個(gè)功能模塊都有對(duì)應(yīng)的接口信號(hào)，而data_in_infer、addr_out_infer、data_in_infer、w_ok_in、r_ok_in是讀寫模塊的信號(hào)接口。
需要注意的是，本系統(tǒng)中使用了主從狀態(tài)機(jī)，即狀態(tài)機(jī)的嵌套。在主狀態(tài)進(jìn)入初始化狀態(tài)機(jī)后，立即給出一個(gè)enable信號(hào)，啟動(dòng)從狀態(tài)機(jī)，并設(shè)置一個(gè)從狀態(tài)機(jī)的完成信號(hào)finish(高電平有效)，且初始值為低，然后在主狀態(tài)機(jī)不停的檢測(cè)finish信號(hào)，如果finish為高，則進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，查詢狀態(tài)。而在從狀態(tài)機(jī)中，則不停地檢測(cè)enable信號(hào)，如果為高，則開始工作，當(dāng)完成從狀態(tài)機(jī)后，將finish信號(hào)置高。如此就完成了主從狀態(tài)機(jī)的互動(dòng)。接口控制邏輯模塊中的start、end信號(hào)即為系統(tǒng)主從狀態(tài)機(jī)互動(dòng)信號(hào)。

3 初始化模塊
初始化模塊的功能是完成SJA1000的初始化。CAN2．0B規(guī)范允許SJA1000工作在兩種模式，即BasicCAN模式和PeliCAN模式，上電默認(rèn)為BasicCAN模式。在兩種模式下都需要對(duì)SJA1000的模式寄存器CR、驗(yàn)收碼寄存器ACR、驗(yàn)收屏蔽寄存器AMR、總線定時(shí)寄存器BTR0、BTR1和輸出控制寄存器OCR寫入控制命令。
在本設(shè)計(jì)中，借用ROM的思想，將需要讀寫的寄存器地址和數(shù)據(jù)統(tǒng)一編碼，固化存儲(chǔ)起來(lái)，對(duì)SJA1000進(jìn)行讀寫時(shí)，只需要按照一定的順序讀出數(shù)據(jù)和地址，輸出到即可。

4 位查詢模塊
位查詢模塊主要功能是在SJA1000轉(zhuǎn)入工作模式后能夠讀取存在接受緩沖區(qū)RXFIFO的幀信息，在本設(shè)計(jì)中讀取幀信息采用了查詢方式，即不停地查詢SJA1000狀態(tài)寄存器SR的RBS位，如果查詢到RBS位為“1”，即表明接收緩沖區(qū)滿，RXFIFO中有可用信息，此時(shí)將轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理模塊，由數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)讀入，并進(jìn)行處理。在查詢過(guò)程中，對(duì)SJA1000的狀態(tài)寄存器進(jìn)行了讀操作。

5 數(shù)據(jù)處理模塊
數(shù)據(jù)處理模塊功能是從SJA1000的緩沖區(qū)讀入數(shù)據(jù)，并作處理。在讀入數(shù)據(jù)時(shí)，只需將輸出的地址定位到SJA1000接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)場(chǎng)依次將數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)讀入即可。在CAN總線的通信中，發(fā)送的為幀信息，其數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖7所示。

在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，前16位為ID，有用的數(shù)據(jù)是在幀中的數(shù)據(jù)場(chǎng)(Data Field)中，因此只需略過(guò)前16位，對(duì)后面最多8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分配到步進(jìn)電機(jī)的引腳上即可。

6 緩沖區(qū)釋放模塊與雙端口模塊
在緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)被讀入后，需要對(duì)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)清零，為后續(xù)的數(shù)據(jù)讀入做準(zhǔn)備。本質(zhì)上仍是對(duì)SJA1000的命令寄存器(CMR)寫操作。在狀態(tài)寄存器與接收緩沖區(qū)相關(guān)的位為RRB，置1即可釋放緩沖區(qū)，這樣就會(huì)導(dǎo)致接收緩沖區(qū)內(nèi)的另一條信息立即有效，從而進(jìn)入下一幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)查詢、處理過(guò)程。
在本設(shè)計(jì)中，輸出的數(shù)據(jù)引腳為雙向引腳，設(shè)計(jì)成三態(tài)輸出，這是因?yàn)殡p向端口在完成輸入功能時(shí)，必須使端口處于高阻態(tài)，否則外部數(shù)據(jù)不能正確讀入。
其設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于，實(shí)體部分必須對(duì)端口屬性進(jìn)行申明，端口屬性必須為inout類型，在構(gòu)造體對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行有條件的高阻控制。

結(jié)語(yǔ)
CAN總線接口控制器由VHDL語(yǔ)言描述，易于修改和移植，可以將幾個(gè)軟核集成到一個(gè)FPGA芯片上去，具有單片機(jī)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，在汽車領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。