[发明专利]基于FPGA的CAN仿真节点系统

说明书

技术领域

本发明涉及CAN仿真节点系统，更具体地说，是涉及一种基于FPGA的CAN仿真节点系统。

背景技术

控制器局域网络Controller Area Network简称CAN，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准，是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

即现场可编程门阵列简称FPGA，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。FPGA因为具备接口，控制，功能IP，内嵌CPU等特点，因此有条件实现固化程度高且功能全面的系统产品。

CAN总线网络投入应用之前需要对各个节点设备以及主控设备进行测试，以确定各个设备能在网络中正常运行，并能和其它设备进行正常通信，并及时解决CAN使用中可能存在的问题，如几个报文在同一时间要求发送时产生高峰负荷、联网硬件性能要求的评估等。如果先将所有实际设备连入网络，并将设备按放入系统中，然后再进行测试，产生的问题可能是：更换不同节点设备进行测试工作不方便进行；调试配置各个节点设备工作繁琐；如果是仅仅为了测试主控设备或其中一个节点设备的性能，测试成本过高等等。总之，通过接入实际网络后进行测试不灵活，也不快捷，因此需要通过搭建仿真平台进行仿真测试。

搭建模拟实际的仿真平台能进一步提高灵活性，也能较好地模拟真实环境。如中国专利号为“201210154883.2”的“基于CAN总线的车身控制系统仿真测试系统”，这种仿真环境能方便地将车身电子设备或者模拟车身设备连接至系统中或排斥在系统外，达到车身系统设备测试的目的。然而缺点是这类模拟系统仍然需要大量实际设备，如果仅对一两个设备进行网络测试，成本过高。另外整个架构是针对汽车电子设备网络设计的，对于其他工业控制设备网络并不很适用。

为了适应多种不同领域的自动控制系统仿真需要，一般采用的是普通PC机作为各种不同的自动控制系统的传感器、执行器和人机键控和显示接口的仿真器，形成仿真平台，通过仿真PC机来模拟各种不同应用系统。然而这种传统做法的缺点在于每个节点都必须有CAN控制器、CAN收发器、微处理器和仿真PC机四个功能模块，这样不仅系统费用较大，而且平台搭建、配置等工作繁琐，不适合有效快速地进行仿真工作。另外，介于对于真实硬件环境模拟的需要，一些仿真软件例如CANoe等因为较多应用于虚拟环境的仿真以及对整个已经存在的网络进行监控工作，无法满足要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可以实时、高速、可靠、廉价的基于FPGA的CAN仿真节点系统。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于FPGA的CAN仿真节点系统，包括：

FPGA节点模块，其用于模拟节点设备；

CAN控制器，其与所述FPGA节点模块实现双向通讯；

CAN收发器，其与所述CAN控制器实现双向通讯；

节点设备，其通过CAN总线与所述CAN收发器相连；

上位机，其通过RS422与FPGA节点模块通信。

所述FPGA节点模块为软核处理器，所述软核处理器中包括处理单元、所述处理单元分别与片内存储器、CAN接口控制单元以及UART接口控制单元实现双向通讯，所述UART控制单元与所述上位机相连，所述CAN接口控制单元与所述CAN控制器相连。

所述CAN接口控制单元包括：

CAN接口控制单元处理模块；

用于内部处理数据的FIFO，其向所述CAN接口控制单元处理模块发送数据处理信号；

用于外部响应数据的FIFO，接收所述CAN接口控制单元处理模块发送的外部响应数据信号。

所述节点设备的数量在16个以内。

所述CAN仿真节点系统的工作主要为配置部分以及运行部分，

所述配置部分包括：