[发明专利]一种基于FPGA的协议转换装置、方法

说明书

本发明提供一种基于FPGA的协议转换装置，包括HUB模块、RMII模块、MPU_TO_IO模块、IO_TO_MPU模块和CRC模块，用于以太网链路层协议到CAN2.0B协议的转换。此转换装置面向高可靠性的工业通信的应用，实现了以太网信息的快速稳定地传递和协议转换功能。

技术领域

本发明涉及核电站FPGA仿真测试领域，特别是指一种基于FPGA的协议转换装置。此转换装置面向高可靠性的工业通信的应用，实现了以太网信息的快速稳定地传递和协议转换功能。

背景技术

在工业控制场合，为了在不同通信总线间数据的传输，需要进行通信总线变换，而以太网变换到CAN(控制器局域网络)2.0B就是其中的一种类型，如图1所示。目前设计此类通信转接装置时，大都采用单片机或微处理器实现，如论文《一种以太网-CAN转换电路设计与实现》郭建洲、中国电子科技集团中介绍了用C8051F040单片机实现了单路以太网对单路CAN的转换功能，如图2所示。单片机或处理器实现的转换装置，存在外围电路多、处理速度慢等问题，在要求快速稳定响应时间的工业应用场合不能满足要求。

市场中也有以太网转CAN装置的产品，实现方式有单路以太网对单路CAN和单路以太网对多路CAN，这些设计无法满足工业应用中挂载大量(100个)高通讯量(单设备带宽60KHz)的CAN设备，需要多条CAN链路灵活配置。用转换器加交换机的方式可实现类似的功能，如图3所示。但此方案存在网络电缆多、网络响应时间慢且不稳定的问题，无法满足核电站DCS系统通信应用中对于通信的高可靠性和高稳定性的要求。

汇总而论，现有技术中存在的以下问题：

1、基于MCU(单片机)或处理器技术实现的转换器外围电路复杂；

2、现有转换器中CAN总线数量固定，不易扩展；

3、基于存储转发方式实现的以太网交换机网口间转发延迟时间长，通信的响应时间较长，且时间的稳定性不好。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的状况，提出了一种基于FPGA的协议转换装置，解决1、基于MCU(单片机)或处理器技术实现的转换器外围电路复杂的问题；2.现有转换器中CAN总线数量固定，不易扩展的问题；3.基于存储转发方式实现的以太网交换机网口间转发延迟时间长，通信的响应时间较长，且时间的稳定性不好的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于FPGA的协议转换装置，连接在以太网与CAN控制器之间，包括HUB模块、RMII模块、MPU_TO_IO模块、IO_TO_MPU模块和CRC模块；

所述HUB模块用于实现上位机MPU的报文转发；所述HUB模块包括物理接口和逻辑接口，所述物理接口与以太网的PHY芯片相连，所述逻辑接口与RMII模块进行数据交互；

所述RMII模块用于给所述MPU_TO_IO模块和CRC模块传输上位机MPU的报文数据，接收所述IO_TO_MPU模块的应答数据，实现2B/8B的串并转换；

所述MPU_TO_IO模块用于对来自上位机MPU的所有报文进行CRC解码，解码错误后丢弃，解码成功后把报文中针对每个I/O板卡下发的输出数据和其它各种指令(版本、校准、复位等)分类放到对应的槽位进行缓存，再按照IOBUS-1和IOBUS-2协议的要求将缓存报文发送给I/O板卡；

所述IO_TO_MPU模块用于监视CAN控制器的状态，并在1个通信周期内提取来自I/O板卡的数据，解析并分类缓存，对解析缓存后的来自上位机MPU的报文指令进行应答；

所述CRC模块用于对来自所述RMII模块传输的上位机MPU的报文数据进行校验，将结果反馈给MPU_TO_IO模块；对应答给上位机MPU的数据进行CRC校验值计算，将计算结果反馈给IO_TO_MPU模块。