基于FPGA的CAN總線通信接口的設計

2．3 CY7C68013A通信控制程序
CY7C68013A提供一種量子FIFO的處理架構，使USB接口和應用環境直接共享內部含有的4 K FIF0空間。本文CY7C68013A的控制是以異步SLAVE FIFO方式實現的，FPGA對CY7C68013A的邏輯控制實際上是對CY7C68013A內部FIFO的異步讀寫控制。設置CY7C68013A端點2為批量輸入端點(FIF0地址為00)，端點6為批量輸出端點(FIF0地址為1O)。FPGA判斷CY7C68013A的PA[1：0]端口電平，當PA[1：0]為01時，FPGA將接收到的CAN總線數據寫入端點2對應的FIF0空間并上傳給上位機，PA[1：0]為10時，FPGA讀取端點6對應的FIFO內數據。FPGA對CY7C68013A的時序控制嚴格按照芯片手冊完成。
由于USB數據包與CAN數據幀是基于兩種不同協議的數據格式，因此在FPGA內開辟了2個512x8bit的FIFO緩存，并要進行必要的格式轉換。例如，當從USB總線端注入的數據大于8字節時，需要將數據分成多幀傳送給CAN總線；當數據小于8字節時則在數據后填充0。另外，在數據傳送給CAN總線之前還需要添加適當的幀信息與幀識別碼。

3 軟件設計
3．1 USB固件程序
USB固件程序是在Keil工具上開發完成的，除了進行必要的端點及寄存器配置外，程序中使用了自定義請求命令。自定義請求碼通過USB控制傳輸的方式傳送給固件，固件程序需要響應自定義請求碼的請求信息。本文使用的自定義請求碼為Oxa8，在響應代碼中設置端口PA[1：0]電平值，產生USB控制命令，代碼如下所示。SETUPDAT[2]對應控制傳輸端點的Value值，由上位機應用程序設定。

3．2 USB驅動程序及應用程序
使用CYPRESS公司提供的CY7C68013A通用驅動程序CyUSB．sys。上位機應用程序使用VC編寫，也是基于Cypress提供的C++類庫文件CyAP-I.lib設計完成的。使用的主要函數包括：BeginDataXfer、FinishDataXfer、XferData等函數。應用程序中設計了獨立的數據接收線程，線程函數中不斷地發送USB數據讀命令，并完成批量輸人端點的讀操作。當有數據讀入時，與主線程之間采用事件的線程同步方式，將數據讀入計算機內存并保存。以下是線程函數中用于發送USB控制命令的控制傳輸代碼：


4 實驗調試與結果
為驗證設計的正確性，使用了周立功公司的USBCAN-I產品，與目標電路板組成雙節點通信，2個節點設置相同波特率500 Kb／s(BTRO= 00，BTR1=1Ch)和相同幀格式，由測試軟件ZLGCANTest發送一組數據(eOh，e1h，……，e7h)，上位機應用程序接收到的數據如圖7所示。反過來由上位機應用程序注入指令數據e0h，a8h，周立功軟件接收到的數據為e0h，a8h，00h，OOh……。經實驗表明，數據收發正確，近距離通信時，通信速率可高達1 Mb／s。

5 結論
使用該方法設計的CAN總線轉換器優點在于：使用USB總線完成CAN總線與計算機的數據交換，不會影響CAN總線的整體通信速率；通過FPGA控制完成通信接口的設計，可擴展性好，靈活性強，穩定性高。作為空間相機下位機地檢設備的一部分，FPGA同時還可以完成RS422等總線的通信控制。