基于CPLD/FPGA/MCU的CAN-VME總線轉(zhuǎn)換方案

本文提出了基于FPGA的VME總線和CAN總線之間的傳輸轉(zhuǎn)換方案，滿足一些特殊工業(yè)環(huán)境的需要，具有一定的研究意義和實(shí)用價(jià)值。

1 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由VME總線接口模塊、CAN總線節(jié)點(diǎn)(8路CAN節(jié)點(diǎn))模塊、復(fù)雜可編程邏輯器模塊、MCU模塊4部分核心模塊構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)在一個(gè)3U標(biāo)準(zhǔn)的VME板卡上實(shí)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)緊湊，布局合理。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。



1．1 VME總線接口模塊

整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)是兩種通信之間的轉(zhuǎn)換，所以數(shù)據(jù)的發(fā)送都是由上位主機(jī)發(fā)送的。由于FPGA控制靈活，所以很方便實(shí)現(xiàn)與VME總線的連接。文中FPGA器件選用XILINX公司的XC2S200系列的5PQ208，56 Kb專(zhuān)用存儲(chǔ)器，最高運(yùn)行速度200 MHz，I／O電壓在3．3～5．5 V，地址總線、數(shù)據(jù)總線，／AS，／IACKIN，／IACKOUT，SYS CLK等可以直接與5PQ208連接。

1．2 CAN總線節(jié)點(diǎn)模塊

CAN總線節(jié)點(diǎn)模塊是該系統(tǒng)中的主要模塊，選用Philips公司生產(chǎn)的SJA1000，它負(fù)責(zé)連接總線與8路CAN選通主控制器CPLD之間的數(shù)據(jù)通信，其整個(gè)系統(tǒng)功能如圖2所示。收發(fā)器選用P82C251T。CAN接口原理如圖3所示。



1．3 復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)模塊

在系統(tǒng)中，由于FPGA的地址總線和數(shù)據(jù)總線是分開(kāi)的，而SJA1000的地址和數(shù)據(jù)線是分時(shí)復(fù)用的，所以在總線接口上有一定差異，因此選用MAX3000系列可編程邏輯器件EPM3128來(lái)進(jìn)行邏輯變換。該CPLD芯片有豐富的宏單元，80個(gè)用戶I／O管腳，管腳間延遲時(shí)間是10 ns，最高速度可達(dá)100 MHz，能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。可編程邏輯器件在系統(tǒng)中的功能為：轉(zhuǎn)換FPGA與CAN控制器SJA1000之間的地址總線和數(shù)據(jù)總線；通過(guò)對(duì)FPGA的地址線譯碼，擴(kuò)展CAN控制節(jié)點(diǎn)的通道。

1．4 MCU處理器

由于CAN總線的最高傳輸速度是1 Mb／s，所以該部分選取宏晶STC12C5A60S2，F(xiàn)LASH程序存儲(chǔ)器為56 KB。SRAM為1 280 B，2個(gè)專(zhuān)用的UATR，豐富的CPU資源滿足作為下位機(jī)的CPU控制單元，主要完成兩種總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)將從FPGA過(guò)來(lái)的VME總線轉(zhuǎn)換成CAN總線格式，并傳輸?shù)街付–AN節(jié)點(diǎn)；同時(shí)也將CPLD選通的CAN通道數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為FPGA能識(shí)別的VME總線格式，并在MCU中斷主機(jī)時(shí)，將數(shù)據(jù)反饋給VME主機(jī)。