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CAN总线控制器的接口IP核设计与实现

作　者: 胡小国
导　师: 王连明
学　校: 东北师范大学
专　业: 电路与系统
关键词: CAN总线 IP核 SOPC MCP2515
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


CAN(Controller Area Network)总线是重要的现场总线之一,是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代,为解决汽车业中控制系统与测试仪器之间的数据通信而专门开发的一种串行通信总线。由于CAN总线具有高性能、高可靠性以及独特的设计等特点,而逐渐受到应用市场的重视。目前,CAN总线己经被广泛地应用于汽车、医疗设备、工业自动化和安全防护等领域。本文首先从CAN总线的背景入手,简要介绍CAN总线的特点和市场应用现状,IP核的概念以及IP核在国内外的发展趋势。结合CAN总线的市场需求和IP核的应用前景,提出本文所要研究的方向。其次,介绍了CAN 2.0A技术规范、SOPC技术以及AVALON总线规范的相关概念与其发展状况。重点对CAN 2.0A技术规范中的报文传输类型和AVALON总线规范中的从端口传输做了详细的说明。再次,阐述了CAN总线控制器芯片的特性、内部功能以及外围电路相关芯片的功能特性。着重介绍IP核的VHDL设计流程,特别是在不同的工作模式下CAN总线控制器接口IP核的内部设计,时序分析以及IP核的封装与打包过程。最后,对IP核进行测试。实现了对CAN总线控制器MCP2515的控制。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 CAN 总线综述及其应用现状  8-10
    1.1.1 CAN 总线综述  8
    1.1.2 CAN 总线应用现状  8-10
  1.2 IP 核的研究背景与国内外发展现状  10-12
    1.2.1 IP 核的研究背景  10-11
    1.2.2 IP 核的国内外发展现状  11-12
  1.3 论文选题的背景与意义  12
  1.4 本论文的主要内容  12-14
第二章 CAN 总线协议  14-22
  2.1 CAN 总线协议  14-15
    2.1.1 CAN 总线的基本概念  14-15
  2.2 CAN 节点的层结构  15-16
  2.3 报文传输  16-20
    2.3.1 数据帧  16-18
    2.3.2 远程帧  18-19
    2.3.3 错误帧  19
    2.3.4 过载帧  19-20
    2.3.5 帧间空间  20
  2.4 位定时要求  20-22
第三章 SOPC 技术与 Avalon 总线规范  22-29
  3.1 SOPC 介绍  22-23
    3.1.1 基于FPGA 嵌入式IP 硬核的SOPC 系统  22
    3.1.2 基于FPGA 嵌入式IP 软核的SOPC 系统  22-23
    3.1.3 基于HardCopy 技术的SOPC 系统  23
  3.2 AVALON 总线规范  23-25
    3.2.1 Avalon 交换结构  24
    3.2.2 Avalon 外设  24-25
    3.2.3 Avalon 信号  25
  3.3 Avalon 从端口传输  25-27
    3.3.1 从端口基本读传输  25-26
    3.3.2 从端口基本写传输  26-27
  3.4 用户自定义外设  27-29
第四章 CAN 总线控制器外围电路设计  29-35
  4.1 MCP2515 功能介绍  29-32
    4.1.1 CAN 模块  30-32
    4.1.2 控制逻辑  32
    4.1.3 SPI 协议模块  32
  4.2 CAN 总线控制器外围电路结构  32-35
    4.2.1 CAN 总线控制器中的相关芯片  33-34
    4.2.2 系统硬件结构框图  34-35
第五章 IP 核的VHDL 设计  35-50
  5.1 环回模式  35-39
    5.1.1 环回模式下MCP2515 内部寄存器设计  36
    5.1.2 环回模式下的时序设计  36-38
    5.1.3 环回模式下的底层程序  38-39
  5.2 休眠模式  39-40
  5.3 仅监听模式  40
  5.4 正常模式  40-47
    5.4.1 正常模式下MCP2515 内部寄存器设计  40-42
    5.4.2 正常模式下的时序设计  42-43
    5.4.3 正常模式下的底层程序  43-47
  5.5 IP 核的封装与打包  47-50
第六章 IP 核测试  50-58
  6.1 系统测试开发环境  50-53
    6.1.1 开发工具简介  50-51
    6.1.2 硬件系统平台  51-53
  6.2 软件设计流程  53-54
    6.2.1 报文发送过程  53
    6.2.2 报文接收过程  53-54
  6.3 系统验证  54-58
结论与展望  58-59
参考文献  59-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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