[发明专利]一种基于FPGA的FlexRay通信模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FPGA的FlexRay通信模块，特别是涉及一种可编程处理器FPGA，并在此平台下，采用IP核方式实现多路FlexRay总线和串行接口的通信模块，属于网络通信技术领域。

背景技术

在PAL、GAL、CPLD等可编程逻辑芯片迅猛发展的基础上，可编程逻辑芯片FPGA应用于嵌入式系统，不仅实现单片机能达到的可编程用户功能，还可以利用半定制的专业集成电路，对灵活性较高的可编程的逻辑单元进行设计。目前Xilinx公司提出了SOP(SystemonChip，片上系统)的概念，在高端产品集成了PowerPC系列内嵌硬核，如Virtex-4系列内嵌硬核PowerPC405，后续进一步在Z-7000系列集成了双核ARMCortex-A9MPCore处理系统。

XilinxVirtex-4系列FX平台的FPGA芯片内嵌PowerPC内核，处理器运算能力和稳定性多用于高端的功能需求复杂的对象，丰富的IO接口共320个，最高工作频率达350MHz；具有存储器管理单元，可对4GB的存储空间进行管理；具有一个消息缓存和一个数据缓存，实现PowerPC处理器对存储器的访问；支持多种调试方式，如外部JTAG调试方式，内部软件调试方式等；支持内部局部总线PLB，通过32位地址总线和64位数据总线，配合缓存实现指令操作和数据读写等。

IP核是FPGA独有的一种开发模式，每个IP核可独立完成某一特定的功能，内部PLB主从模块完成总线连接的时序转换和数据协议交互；IP内部连接模块IPIC用作用户逻辑与PLB模块之间的信息缓冲；用户逻辑模块是IP核的主体部分，可用Verilog语言编写程序实现特定功能。Xilinx公司提供了封装完整的IPIF帮助用户实现功能IP核与PLB总线的信息交互，逻辑接口经IPIF实现转换挂接于PLB总线，由硬核对其进行读写控制，由此建立实现用户功能的IP核。

但目前对于FPGA和IP核的研究仍处于探索阶段，尚未有重大突破，难以适应嵌入式和通信领域的快速发展趋势，也严重制约其在各领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于FPGA的FlexRay通信模块，该模块以FPGA作为主处理器，并由IP核进行功能扩展，具有4路FlexRay总线输出能力和16路串行通信能力，可以适应多路串行通信和多种总线拓扑的通信需求，扩大了FPGA的应用范围。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于FPGA的FlexRay通信模块，包括FPGA最小系统单元、FlexRay通信单元和串行接口单元；所述FPGA最小系统单元包括FPGA芯片、时钟电路、存储器电路、电源电路和调试接口电路，FlexRay通信单元包括两个通信控制器和四个总线驱动器，串行接口单元包括设备驱动电路、电平转换电路和接口电路；

所述时钟电路、存储器电路、电源电路分别与FPGA芯片连接，FPGA芯片分别与两个通信控制器、设备驱动电路连接，两个通信控制器中，一个通信控制器与两个总线驱动器连接，另一个通信控制器与另外两个总线驱动器连接，设备驱动电路依次与电平转换电路、接口电路连接，电源电路给FPGA芯片、时钟电路、存储器电路、调试接口电路、FlexRay通信单元、串行接口单元供电。

作为本发明的一种优选方案，所述电源电路提供的电压分别为+15V、+5V、+3.3V、+1.8V、+1.2V。

作为本发明的一种优选方案，所述调试接口电路兼容硬件调试和软件调试两种方式。

作为本发明的一种优选方案，所述串行接口单元包括16路RS232串行接口。

作为本发明的一种优选方案，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex-4系列的XC4VFX12芯片。

作为本发明的一种优选方案，所述通信控制器为Freescale公司的MFR4310芯片。

作为本发明的一种优选方案，所述总线驱动器为NXP公司的TJA1080芯片。

作为本发明的一种优选方案，所述设备驱动电路为MAX3160芯片。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明基于FPGA的FlexRay通信模块，具有4路FlexRay总线通信能力，可作为任意拓扑结构的FlexRay网络中节点与其他节点进行通信，实际工程应用适应性强。