基于CPLD/FPGA/MCU的CAN-VME總線轉換方案

本文提出了基于FPGA的VME總線和CAN總線之間的傳輸轉換方案，滿足一些特殊工業環境的需要，具有一定的研究意義和實用價值。

1 轉換系統的硬件設計

該系統由VME總線接口模塊、CAN總線節點(8路CAN節點)模塊、復雜可編程邏輯器模塊、MCU模塊4部分核心模塊構成。整個系統在一個3U標準的VME板卡上實現，機構緊湊，布局合理。系統的原理框圖如圖1所示。



1．1 VME總線接口模塊

整個系統實現是兩種通信之間的轉換，所以數據的發送都是由上位主機發送的。由于FPGA控制靈活，所以很方便實現與VME總線的連接。文中FPGA器件選用XILINX公司的XC2S200系列的5PQ208，56 Kb專用存儲器，最高運行速度200 MHz，I／O電壓在3．3～5．5 V，地址總線、數據總線，／AS，／IACKIN，／IACKOUT，SYS CLK等可以直接與5PQ208連接。

1．2 CAN總線節點模塊

CAN總線節點模塊是該系統中的主要模塊，選用Philips公司生產的SJA1000，它負責連接總線與8路CAN選通主控制器CPLD之間的數據通信，其整個系統功能如圖2所示。收發器選用P82C251T。CAN接口原理如圖3所示。



1．3 復雜可編程邏輯器件(CPLD)模塊

在系統中，由于FPGA的地址總線和數據總線是分開的，而SJA1000的地址和數據線是分時復用的，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來進行邏輯變換。該CPLD芯片有豐富的宏單元，80個用戶I／O管腳，管腳間延遲時間是10 ns，最高速度可達100 MHz，能夠滿足系統設計的需要。可編程邏輯器件在系統中的功能為：轉換FPGA與CAN控制器SJA1000之間的地址總線和數據總線；通過對FPGA的地址線譯碼，擴展CAN控制節點的通道。

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，FLASH程序存儲器為56 KB。SRAM為1 280 B，2個專用的UATR，豐富的CPU資源滿足作為下位機的CPU控制單元，主要完成兩種總線協議的轉換，負責將從FPGA過來的VME總線轉換成CAN總線格式，并傳輸到指定CAN節點；同時也將CPLD選通的CAN通道數據，轉換為FPGA能識別的VME總線格式，并在MCU中斷主機時，將數據反饋給VME主機。