基于FPGA的1553B总线与CAN总线数据转换器设计与实现

摘要

1553B总线和CAN总线在性能和成本上各有优势，得到了十分广泛的应用。1553B总线和CAN总线数据转换器用于实现两个总线上设备之间的数据传输，目前针对1553B总线与CAN总线数据转换器的设计，有以DSP+CPLD为核心和以ARM+FPGA为核心两种方案。前者在数据处理的实时性能方面有较大的局限性，后者PCB板卡面积和设计实现复杂度较大，成本较高。
　　本文针对这些方案的不足和具体应用需求，提出了基于FPGA的1553B总线与CAN总线的数据转换器设计方案。系统由CAN总线收发器、CAN总线控制器、基于FPGA的总线数据转换控制器、1553B总线收发器四个主要部分组成，其中基于FPGA的总线数据转换控制器是系统设计的核心部分，论文课题主要讨论该部分的设计和实现。
　　论文首先对1553B总线和CAN总线标准协议进行了深入理解和分析；在此基础上，对核心的FPGA总线数据转换控制系统进行了功能性的模块划分，包括CAN总线控制器驱动模块、1553B总线协议解析模块和CAN总线与1553B数据帧结构转换模块。接着，论文讨论了CAN总线与1553B总线数据帧结构转换模块的设计和实现方法，从而完成两种总线之间不同数据帧的格式转换。
　　在深入分析1553B协议和应用需求的基础上，论文设计了1553B协议解析模块，实现了协议解析的基本功能，如1553B的命令字的解析、状态字的编码、数据字的接收和发送等功能，并且能够根据解析到的命令或数据与上层控制器进行数据的通信，完成数据的交换和控制功能。
　　论文详述了CAN总线控制器驱动模块的设计，通过模块间设计的数据读写接口，实现了CAN总线控制器SJA1000的驱动控制，完成了CAN总线上报文数据的接收和发送。
　　论文不仅对各个模块进行了仿真验证，而且利用搭建的硬件平台对总线转换器进行了详细的验证和测试，实验结果表明：系统功能符合设计要求。
　　最后，论文给出了结论与展望，基于FPGA的1553B总线与CAN总线的数据转换器设计具有高内聚性，减小了PCB的板卡面积，降低系统开发的成本，系统转换速度快、实时性好。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外发展现状与趋势

1.3 本文主要内容及结构安排

第二章 1553B与CAN总线协议

2.1 1553B总线

2.1.1 1553B总线概述

2.1.2 总线系统构成

2.1.3 总线数据传输编码方式

2.1.4 字格式

2.1.5 终端公共操作

2.2 CAN总线

2.2.1 CAN总线的特点

2.2.2 帧的类型和帧空间

2.2.3 帧格式

2.2.4 总线使用权的仲裁

2.2.5 编码（位填充）

2.3本章小结

第三章 总体设计方案

3.1 整体分析

3.2 FPGA

3.3 器件的选择

3.3.1 CAN总线器件选择

3.3.2 FPGA器件的选择

3.3.3 1553B总线的收发器和变压器

3.4 CAN总线与1553B总线数据帧结构转换模块设计与实现

3.5 本章小结

第四章 1553B总线协议解析模块

4.1 1553B总线协议解析模块的总体架构

4.2 1553B总线协议解析模块的设计与实现

4.2.1 编译码器模块

4.2.2 通道选择模块

4.2.3 命令解析模块

4.2.4 状态字发送模块

4.2.5 数据字接收发送模块

4.2.6 配置寄存器模块和双口ram存储模块

4.3 1553B命令解析模块系统仿真

4.4 本章小结

第五章 CAN总线控制器驱动的设计与实现

5.1 CAN总线控制器驱动的总体架构

5.1.1 CAN总线控制器SJA1000内部结构及工作原理

5.1.2 SJA1000控制器驱动模块整体设计

5.2 CAN总线控制器驱动模块的设计与实现

5.2.1 CAN总线控制器驱动初始化模块

5.2.2 CAN总线控制器驱动位查询模块

5.2.3 CAN总线控制器驱动数据报文读写模块

5.2.4 CAN总线控制器驱动接口逻辑控制模块

5.3 CAN总线节点的系统仿真

5.4 本章小结

第六章 总线转换器的验证与测试

6.1总线转换器的验证与测试

6.2本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录