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基于FPGA的车电总线通信设计方案

作者:admin    来源:未知    发布时间:2019-10-28 13:55    浏览量:

  CAN总线是一种有用地增援分散式支配或者及时支配的串行通讯搜集,拥有多主机、高功能以及高牢靠性。然而跟着汽车电子技艺的发达,早期的CAN总线一经不行很好地处分稠密电子设置之间的及时通讯题目。由FlexRay定约拟定的FlexRay赞同模范成为一种理念的处分计划。FlexRay通信赞同利用于牢靠的车内搜集中,是一种具备打击容错的高速汽车总线编造。行为一种伶俐的车载搜集编造,FlexRay拥有高速、牢靠及安适的特征,它不单能简化车载通讯编造的架构,并且有帮于汽车电子单位得回更高的安静性和牢靠性。FlexRay正在物理上通过2条分裂的总线举办通讯,每一条的数据速度是10 Mb/s。CAN搜集最高功能极限为1Mb/s,而FlexRay总数据速度可达20Mb/s。FlexRay还可能供应许多搜集所不拥有的牢靠性特征,加倍是FlexRay具备的冗余通讯本事,通过硬件可杀青完整复造搜集修设,并举办进度监测。CAN总线和FlexRay总线两者正在性能及搭配上可杀青互补。FPGA正在

  电途的情景下,可能编写分别的片内电途逻辑,以杀青分别性能或举办性能扩展。本文提出的车电总线接口单位归纳思量用户的整体需求,保存CAN总线行为卫星导航设置接口总线,其余接口总线采用高速的FlexRay总线,既兼容较低速接口的通讯速度请求,又满意高速总线接口的须要,将CAN和FlexRay总线维系正在一块,基于FPGA,使本钱与效益最大化。

  ,则传输速度较低,软件开销较大,且高带宽带来的高本钱使它正在编造内互连时缺乏吸引力。维系项目采用高速及时总线的整体请求,最终挑选基于VPX架构的RapidIO总线举办通讯传输。VPX总线采用高速串行总线技艺替换VME总线的并行总线技艺,增援更高的背板带宽。其相易式布局使得编造整个功能不再受主控板的支配,降低了编造的整个功能。通过串行RapidIO(SRIO)转换,竣工了RapidIO-CAN、RapidIO-FlexRay赞同转换性能,杀青了车电总线与做事总线(RapidIO)的无缝联贯,进而满意了收拾编造项目高速、多收拾器、及时的通讯传输请求。

  遵守IEEE802.2和802.3模范,数据链途层又划分为逻辑链途支配和媒体访候支配;物理层又划分为物理信令、物理媒体隶属装备和媒体相干接口。个中,逻辑链途支配子层为数据转达和长途数据央浼供应任事;访候媒体支配子层的性能首要是传送规定,即支配帧布局、践诺仲裁、舛误

  CAN为多主就业格式,搜集上的大肆节点正在大肆功夫都可能主动地向其他节点发送新闻,不分主从,格式伶俐。其采用非粉碎性的总线仲裁技艺,可能举办点对点、一点对多点和全域播送格式转达新闻,多点同时发送新闻时,按优先级纪律通讯,撙节总线冲突仲裁时候,避免搜集瘫痪。报文传送采用短帧数据布局,传输时候短,抗作对本事强,检错成果好。搜集节点正在舛误重要的情景下可能主动闭上输出性能,摆脱搜集,杀青了模范化、楷模化。

  FlexRay的分层布局由物理层、传输层、展现层及运用层构成。物理层界说了信号的实践传输格式,包含正在时域上检测通讯支配器打击的性能;传输层是FlexRay赞同的焦点,它的性能是从展现层得回节点要发送的新闻和把搜集上吸取的新闻传送给展现层;展现层竣工新闻过滤、新闻形态收拾以及通道支配器与主机的接口;运用层由运用编造界说。

  器和总线驱动器构成。主收拾器供应和发生数据,并通过FlexRay通讯支配器传送出去。个中驱动器和监控器的个数对应于通道数,与通讯支配器和微收拾器相连。总线驱动器联贯着通讯支配器和总线,或是联贯总线监控器和总线。主收拾器把FlexRay支配器分拨的时候槽报告给总线看管器,然后总线看管器就许诺FlexRay支配器正在这些时候槽中传输数据。数据可能随时被吸取。布局图如图2所示。

  FlexRay的搜集拓扑布局首要分为3种:总线式,星型,总线星型同化型。正在星型布局中还存正在级联格式。一样,FlexRay节点可能增援2个信道,正在双信道编造中,不是全部节点都务必与2个信道联贯。与总线布局比拟,星状布局的上风正在于:它正在吸取器和发送器之间供应点到点联贯。该上风正在高传输速度和长传输线途中尤为显然。另一个首要上风是舛误区别性能。双通道备用星型布局如图3所示。

  正在归纳化收拾编造架构中,车电总线访候可简化为下列局部:主控单位,RapidIO相易单位,总线接口单位和车电总线。主控单位包蕴收拾器和PCIe-SRIO转接桥。收拾器将信号发送至PCIe-SRIO转接桥,数据通过SRIO相易,传输至总线接口单位,最终杀青收拾器对车电总线上各

  、电压转换器等芯片竣工总线接口单位策画。总线接口单位首要竣工RapidIO-FlexRay、RapidIO-CAN赞同转换性能,杀青了车电总线与做事总线(RapidIO)的无缝联贯。因为该总线接口模块不含FlexRay总线监控性能,若要杀青对总线的监控,需正在节点上表接监控设置。总线接口单位性能构成框图如图6所示。

  CAN帧时,收拾器驱动正在内存界说并构造一个下图布局体,利用RapidIO中NWRITE-R工作,写入FPGA支配器CAN发送缓冲区地点,即刻竣工发送;当CAN支配器竣工发送后,将对该收拾器发生终止,见告发送结果。

  单位模块通过FPGA输出两途GPIO信号,GPIO联贯电压转换芯片以竣工电平转换,FlexRay总线信号竣工电平转换后各输出两途联贯FlexRay收发器。因为该XILINX核中只增援FlexRay单信道,所以挑选两途FlexRay信道变成冗余策画,2组信道都分为A、B2个通道,满意FlexRay双信道的请求。收发器选用TJA1080,TJA1080收发器是恩智浦公司出品的一款针对FlexRay的拥有高速时候触发通信编造的收发芯片,也是环球第一款合适FlexRay赞同2.1法则的FlexRay收发器,拥有高达10Mb/s的数据传输速率。每途信号区别通过JTA1080后,最终输出四途FlexRay信号,并与总线接口单位VPX接插件相连。具体布局如图9所示。

  FlexRay每个数据的数据帧由帧头、有用数据段、帧尾3个局部构成。若为发送,当时候片疾到时,秒速时时彩官网登录链表支配器通过RioMaster模块发送NREAD工作包央浼数据,返回的数据进入SendF

  O,由FlexRayIP读取。若为吸取,当时候片到时,链表支配器供应吸取的基地点,数据收到后将存放于RecvFIFO中,维系吸取基地点,通过NWRITE-R写入远端内存,之后发送Doorbell使收拾器发生终止。其内存数据布局如图10所示。

  本文策画通过硬件杀青CAN总线支配器、FlexRay总线支配器、RapidIO总线接口等模块性能。采用Virtex6系列FPGAXC6VLX75T竣工RapidIO-FlexRay、RapidIO-CAN赞同转换性能。

  croblaze软核及四途CAN支配器和两途FlexRay支配器。收拾器将信号发送至PCIe-SRIO转接桥,进程桥芯片转换发送至SRIO相易板。相易板的一端将信号转发到SRIO支配器上,SRIO核通过PLB总线将支配信号发送至microblaze软核,进程收拾信号通过PLB总线发送至四途CAN支配器和两途FlexRay支配器。每途CAN支配器均联贯CAN转换器ADM3053,每途FlexRay支配器均联贯FlexRay收发器JTA1080。进程转换器最终区别联贯至CAN总线和FlexRay总线上。该逻辑策画的首要特征有3个:

  (1)SRIO-PLB桥杀青了总线接口单位模块的srio总线)CAN和FlexRay总线支配器通过板载收发器杀青了CAN、FlexRay总线)microblaze软核杀青了CAN、FlexRay支配器新闻和事情的预收拾,竣工了与SRIO总线的互连,并做了做事迁徙,减轻了主控收拾器的压力。

  基于车电总线接口单位模块对FlexRay接口形态机造举办了验证,诈骗ModelSim对逻辑策画举办仿线 FlexRay数据收发时序图

  从仿真波形中可能显现地看出FlexRay形态机造的转移进程。当节点的收发器吸取到叫醒特点符后,对主机收拾器和通讯支配器举办上电,叫醒并激活通讯支配器、总线驱动器和总线被叫醒后,将返回叫醒竣工信号,并处于等候启动形态。接着节点1收到叫醒信号,返回叫醒竣工信号,节点1进入启动形态,节点0也进入启动形态,最终都进入主动就业形态,滥觞形态机轮回,显示FlexRay总线 CAN仿真与验证

  挪用FPGA内的CAN核基于车电总线接口单位模块对FlexRay接口形态机造举办验证,诈骗ModelSim对逻辑策画举办仿线吸取,当吸取ACK信号时,端口1也吸取ACK信号,竣工全数扩展帧的收发进程。

  图15解说了总线接口单位模块RapidIO接口、FlexRay接口和CAN接口竣工仿真测试,就业寻常,竣工了RapidIO-FlexRay、RapidIO-CAN的赞同转换性能。

  目前,笔者所正在团队已凯旋竣工焦点收拾机编造正样样机的整个测试及验证就业。本文策画正在该编造中一经通过性能性测试,基于RapidIO的CAN总线Mb/s的最大波特率下就业寻常,满意各项性能目标,基于RapidIO的FlexRay总线Mb/s的最大波特率下也满意各项性能目标。下一步的就业将通过专业的CAN、FlexRay搜集测试仪器对本文策画举办更所有的功能测试,同时将着重处分FlexRay总线接口的信道冗余题目,通过对FlexRay支配器IP核的升级,使之增援双信道通讯,从而满意FlexRay真正意旨上的双信道冗余请求。

  TMP411设置是一个带有内置当地温度传感器的长途温度传感器看管器。长途温度传感器,二极管联贯的晶体管一样是低本钱,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微支配器,微收拾器或FPGA的构成局部。 长途精度为1 C合用于多个设置创造商,无需校准。双线串行接口回收SMBus写字节,读字节,发送字节和吸取字节敕令,以设立报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包蕴的性能包含:串联电阻废除,可编程非理念因子,可编程阔别率,可编程阈值局限,用户界说的偏移寄存器,用于最大精度,最幼和最大温度看管器,宽长途温度丈量范畴(高达150C),二极管打击检测和温度警报性能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 性格 1C长途二极管传感器 1C当地温度传感器 可编程非理念成分 串联电阻废除 警报性能 编造校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程阔别率:9至12位 可编程阈值限...

  TMP468器件是一款利用双线 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了当地温度表,还可能同时监控多达八个联贯长途二极管的温度区域。集结编造中的温度丈量可通过缩幼爱戴频带提拔功能,而且可能下降电途板庞大水准。样板用例为监测任事器和电信设置等庞大编造中分别收拾器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理念性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级性格完备维系,供应了一套精度和抗扰度更高且妥当耐用的温度监控处分计划。 八个长途通道(以及当地通道)均可独立编程,设定两个正在丈量地位的相应温度超过对应值时触发的阈值。其它,还可通过可编程迟滞设立避免阈值连续切换。 TMP468器件可供应高丈量精度(0.75C)和丈量阔别率(0.0 625C)。该器件还增援低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线造接口,采用高空间诈骗率的幼型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可正在预备编造中轻松集成。长途结增援-55C至+ 150C的温度范畴。 性格 8通道长途二极管温度传感器精度:0.75&...

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