基于FPGA的CAN總線控制器設計

摘要：使用Verilog HDL硬件描述語言完成了對CAN總線控制器的設計，能夠實現符合CAN2．0A協議的所有功能。本總線控制器的外部接口采用Altera公司開發的Avalon總線接口，增強了控制器的應用靈活性。本設計使用Modelsim軟件完成了功能仿真和時序仿真。
關鍵詞：CAN總線；控制器；現場可編程門陣列

0 引言
CAN(控制器局域網)是一種先進的串行通信協議，由德國BOSCH公司開發，并最終成為國際標準(ISO11898)，是國際上使用最廣泛的現場總線之一。目前世界上已有20多家CAN總線控制器生產商，110多種CAN總線控制器芯片和集成CAN總線控制器的微處理器芯片。
由于定制的CAN總線控制器芯片不能嵌入到SoC(片上系統)中，而采用分立元器件實現CAN總線接口，使得系統中器件數量增加，同時也增大了系統面積，本文所介紹的CAN總線控制器正是由Verilog HDL語言描述，既可以作為一個獨立的設備，也可以作為一個模塊集成到FPGA中。
雖然目前國內外已有很多人研究或設計了CAN總線控制器IP核，但其中大多數只是對控制器中的某一個模塊進行了研究和設計，并沒有實現一個完整的CAN總線控制器的功能，例如文獻只對CAN控制器的狀態機進行研究，文獻只對CAN控制器的位定時模塊進行研究。而完整實現了CAN總線控制器功能的作品中，最高工作頻率又不是很理想，例如Mentor Graphics公司提供的MCAN2D1 CAN2．0 Network Controller的最高工作頻率只有32．46MHz，文獻中介紹的CAN總線控制器的最高工作頻率也只有50MHz，這些IP核顯然不能適應高速環境的要求，同時文獻中介紹的控制器對外接口中出現了寄存器使能位等接口，這種接口不符合Avalon總線規范，不利于集成到FPGA芯片中，其通用性肯定較差，所以研究并設計出一款高速且通用性強的CAN總線控制器的IP核仍然是有其重要意義的。

1 系統實現
1．1 系統框圖
本設計中將整個CAN控制器系統分為了11個模塊，分別是Avalon總線接口模塊、寄存器組模塊、接收緩沖器模塊、發送緩沖器模塊、接收濾波模塊、CRC校驗模塊、狀態機模塊、標識符填充模塊、錯誤計數器模塊、位填充模塊、位定時模塊。其結構框圖如圖1所示。