基于Verilog HDL語言的CAN總線控制器設計及驗證
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CAN_Core為CAN協(xié)議控制器的核心部分，完成CAN協(xié)議中的數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能以及物理層的部分功能，包括LLC子層的接收濾波、超載通知和恢復管理、MAC子層的數(shù)據(jù)封裝／拆裝、幀編碼、媒體訪問管理、錯誤檢測、錯誤標定、應答和串行化／解串行化、以及物理層的位編碼／解碼、位定時和同步。CAN_Registers為一寄存器組，外部微處理器可以通過地址直接訪問這些寄存器。根據(jù)功能框圖，設計了CAN總線控制器的程序結構，如圖3所示。
1．3 CAN總線各個功能模塊的設計
1．3．1 CAN_IML設計
參照SJA1000，設計FPGA CAN總線控制器的接口，如圖4所示。
圖中Port_0_io_7到Port_0_io_0為地址／數(shù)據(jù)復合總線。Cs_can_i為片選輸入信號。當Cs_can_i為0時允許訪問CAN總線控制器。Ale_i為1時，允許對寄存器進行賦值。Rd_i和Wr_i為微處理器的讀使能信號和寫使能信號。Irq_on為中斷輸出信號，用于中斷微處理器。Rst_i為復位輸入，用于復位CAN接口。Clkout_o為FPGA CAN控制器提供給微處理器的時鐘輸出信號，時鐘分頻寄存器可禁止該引腳輸出。Bus_off_on控制總線關閉和總線開放接口，Tx_o和Rx_i與收發(fā)器相連，向總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
1．3．2 CAN_Registers設計
設計的CAN總線控制器的寄存器模塊包括以下寄存器：模式寄存器、命令寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器、中斷使能寄存器、總線定時寄存器0～1、仲裁丟失捕獲寄存器、錯誤代碼捕獲寄存器、錯誤報警限制寄存器、接收錯誤計數(shù)器、發(fā)送錯誤計數(shù)器、驗收代碼寄存器0～3、驗收屏蔽寄存器0～3、接收信息計數(shù)器和接收／發(fā)送緩沖器。
1．3．3 CAN_Core設計
CAN_Core為整個CAN控制器的核心，負責處理CAN的協(xié)議。核心模塊由4個部分組成，結構如圖5所示。
下面簡單介紹CAN_Core模塊中的位流處理器、位時序邏輯。
位流處理器是CAN總線控制器中控制數(shù)據(jù)流的發(fā)生器。它還執(zhí)行總線上的錯誤檢測、仲裁、填充和錯誤處理等功能。主要有接收模塊、發(fā)送模塊、錯誤管理模塊、CRC校驗、驗收濾波、FIFO等6個模塊組成，如圖6所示。其中CRC校驗、FIFO、驗收濾波在所執(zhí)行的項目中已經(jīng)有他人設計完成。
位時序邏輯的設計包括位定時設計、采樣點設計、位同步設計3部分。下面以定位時為例介紹其設計。
位定時設計 在位定時設計中采用了一個有3個狀態(tài)的狀態(tài)機。3個狀態(tài)分別對應的是同步段和相位緩沖段1以及相位緩沖段2。傳播段占用的時間短，在控制上沒有特別的意義，僅作為物理層的傳播延時，所以沒有設計進狀態(tài)機，位定時部分的狀態(tài)機設計如圖7所示。
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