双冗余CAN总线模块研制

双冗余CAN总线模块研制

论文摘要

现场总线是在生产现场连接控制器与测量设备之间的网络,目前得到认可的现场总线有十余种,CAN总线也是其中之一,由于其具有高可靠性、低成本、稳定性等优点,被广泛应用于汽车、电力、机械、化工、航空航天等控制领域,而在航空航天领域里,要求总线非常可靠的传输数据,且对总线进行管理, CAN协议无法满足这一要求,需要设计更高层的协议以及硬件设计方案。本文设计了一种基于NIOS II处理器的双冗余CAN总线模块,通过对CAN协议、1553B协议和冗余的分析,提出了支持此模块的双冗余CAN通信协议。本协议利用CAN总线的扩展帧,实现了总线管理和灵活切换总线的功能。在双冗余CAN总线模块中,采用在FPGA内部嵌入NIOS II处理器的设计方案,同时选用SJA1000作为CAN控制器,TJA1050作为CAN收发器,通过Avalon接口模块的连接,实现NIOS II处理器与外设之间的通信,包括NIOS II与CAN控制器SJA1000的通信、NIOS II与SRAM之间的通信以及NIOS II与FPGA的配置芯片EPCS4之间的通信。根据双冗余协议,总线上的节点分为主节点和从节点,通过在Eclipse集成开发环境里对NIOS II处理器的模块化编程,实现节点间的通信,使主节点和从节点完成各自的功能。主节点主要作用是发送命令、数据,错误处理;从节点主要作用是接收命令、数据,执行完成之后返回给主节点应答。由3个双冗余CAN总线模块搭建一个测试平台,一个模块作为主节点,另外两个模块作为从节点,实验结果表明本文提出的双冗余CAN总线模块的硬件设计方案以及软件设计合理,可以实现冗余功能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究的目的及意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 现场总线国外研究现状
  • 1.2.2 CAN总线国外研究现状
  • 1.2.3 CAN总线国内研究现状
  • 1.3 研究内容
  • 第2章 总体方案设计
  • 2.1 CAN总线拓扑结构
  • 2.2 设计要求
  • 2.3 系统软件总体方案设计
  • 2.3.1 CAN驱动器冗余
  • 2.3.2 CAN控制器冗余
  • 2.3.3 全系统冗余
  • 2.4 双冗余协议
  • 2.4.1 系统结构
  • 2.4.2 CAN报文帧格式
  • 2.4.3 报文传输格式
  • 2.4.4 主节点操作
  • 2.4.5 从节点操作
  • 2.4.6 主节点错误处理
  • 2.5 设计方案的选择
  • 2.6 芯片的选择
  • 2.6.1 FPGA的选择
  • 2.6.2 CAN协议控制器的选择
  • 2.6.3 CAN收发器的选择
  • 2.7 本章小结
  • 第3章 硬件设计
  • 3.1 硬件整体框图
  • 3.1.1 CAN收发电路设计
  • 3.1.2 CAN控制器设计
  • 3.1.3 FPGA设计
  • 3.2 本章小结
  • 第4章 软件设计
  • 4.1 单通道通信设计
  • 4.1.1 初始化设计
  • 4.1.2 发送数据程序设计
  • 4.1.3 接收数据程序设计
  • 4.2 冗余程序设计
  • 4.2.1 主节点冗余程序设计
  • 4.2.2 从节点冗余程序设计
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 验证与测试
  • 5.1 Avalon-SJA1000 接口测试
  • 5.2 功能测试
  • 5.2.1 主节点-从节点的传输格式
  • 5.2.2 主节点广播传输格式
  • 5.2.3 从节点-从节点传输格式
  • 5.2.4 从节点广播传输格式
  • 5.2.5 冗余功能测试
  • 5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 相关论文文献

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