基于FPGA和CAN总线汽车数字仪表的ECU设计

论文摘要

电子装置在汽车上的使用使汽车的驾驶更加舒适安全,这些电子装置应用范围包括电子稳定装置、防抱死刹车系统、齿轮控制、车灯控制、车门控制、汽车仪表系统等,这些电子装置的核心部件是ECU（Electronic Control Unit）,负责对传感器的数据采集以及对执行器件的控制,各部分的ECU采集各自部分传感器数据,这些数据可通过CAN总线网络使各个ECU互相查询,并通过执行器件实现用户所需要的功能。本论文采用基于FPGA的SOPC方案,实现一个带CAN总线功能数字仪表的ECU设计。在该方案中,我们采用NiosⅡ软核作为中央处理器,用VHDL语言,根据CAN总线协议规范,设计了CAN总线控制器IP核,NiosⅡ软核通过AVALON总线对CAN总线IP核以及其他各功能IP核,如显示控制IP核、PIO核、SDRAM控制IP核等,进行控制,从而完成数字仪表ECU的SOPC平台搭建。以这个平台为基础,完成了多点温度监测功能,所检测到的数据可以通过CAN总线与其他CAN总线节点共享。通过测试,证明设计的CAN总线控制器IP核能够实现总线协议芯片的功能。而且与传统的MCU+CAN总线控制器芯片的方案相比,该SOPC方案有更多的灵活性,和更高的集成度,这会使得ECU体积更小,能耗更少。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 汽车电子行业的发展状况和前景
• 1.2 课题来源和技术方案
• 第2章 相关技术介绍
• 2.1 FPGA技术
• 2.1.1 FPGA技术简介
• 2.1.2 基于FPGA的SOPC系统
• 2.1.3 FPGA技术在汽车电子应用中的优势
• 2.2 CAN总线技术
• 2.2.1 CAN总线简介
• 2.2.2 CAN总线分层结构
• 2.2.3 CAN总线报文传输
• 2.2.4 CAN总线仲裁机制
• 2.2.5 CAN总线错误处理机制
• 2.2.6 CAN总线滤波机制
• 2.2.7 汽车内的CAN网络
• 2.3 小结
• 第3章 CAN总线控制器的VHDL实现
• 3.1 CAN总线控制器实现方案
• 3.2 寄存器控制模块设计
• 3.3 位时序逻辑模块设计
• 3.3.1 位定时
• 3.3.2 同步机制
• 3.4 位流处理器模块设计
• 3.4.1 数据接收状态机
• 3.4.2 接收数据程序
• 3.4.3 发送数据程序
• 3.5 验收滤波器模块设计
• 3.5.1 滤波模式
• 3.5.2 验收滤波器程序
• 3.6 错误管理逻辑模块设计
• 3.6.1 位错误
• 3.6.2 CRC错误
• 3.7 小结
• 第4章 汽车数字仪表功能实现
• 4.1 SOPC系统建立
• 4.1.1 CAN总线控制器IP核设计
• 4.1.2 CAN总线硬件电路
• 4.1.3 建立SOPC系统
• 4.2 实现汽车数字仪表的多点温度检测
• 4.2.1 DS18B20简介
• 4.2.2 单总线驱动电路设计
• 4.2.3 温度检测系统程序设计
• 4.2.4 多点温度检测系统的测点定位
• 4.3 小结
• 第5章 系统测试与总结展望
• 5.1 系统测试
• 5.2 工作总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果