一种基于FPGA的FlexRay通信模块制造技术

本发明专利技术公开了一种基于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。其中，FPGA最小系统单元由电源电路、时钟电路、存储器电路、调试接口电路构成；FlexRay通信单元由2个通信控制器和4个总线驱动器构成，形成4路FlexRay总线通道；串行接口单元由设备驱动电路、电平转换电路和接口电路组成，实现16路串行接口与外设的连接；采用IP核实现串行接口和FlexRay总线接口逻辑和数据收发功能。本发明专利技术解决了多路串行接口通信的接口资源和通信能力不足的问题，为单元独立的分布式系统内部信息交互提供FlexRay总线接口，推动了FPGA的工程化应用和串行通信能力的提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于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

技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。作为本专利技术的一种优选方案，所述电源电路提供的电压分别为+15V、+5V、+3.3V、+1.8V、+1.2V。作为本专利技术的一种优选方案，所述调试接口电路兼容硬件调试和软件调试两种方式。作为本专利技术的一种优选方案，所述串行接口单元包括16路RS232串行接口。作为本专利技术的一种优选方案，所述FPGA芯片为Xilinx公司的Virtex-4系列的XC4VFX12芯片。作为本专利技术的一种优选方案，所述通信控制器为Freescale公司的MFR4310芯片。作为本专利技术的一种优选方案，所述总线驱动器为NXP公司的TJA1080芯片。作为本专利技术的一种优选方案，所述设备驱动电路为MAX3160芯片。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术基于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。2、本专利技术基于FPGA的FlexRay通信模块，具有16路串行通信能力，可以同时连接多路串行外设，支持232/422/485多种标准串口协议，数据帧格式和传输速率等可灵活配置，可以满足多串口通信的场合，具有一定的通用性。3、本专利技术基于FPGA的FlexRay通信模块，每个功能模块以IP核的形式设计并封装，模块间相互独立，配合完成整体功能，如以16个独立UARTIP核实现16路串行通信接口，以若干个GPIO配合实现FlexRay总线通信控制电路。实际应用过程中，可根据实际用户需要对子模块灵活加载和卸载，且模块间干扰较小。4、本专利技术基于FPGA的FlexRay通信模块，具有独立时钟芯片，可以软件配置多路不同频率的时钟信号，避免了多路时钟源之间的干扰，可以满足多种时钟频率的应用系统。5、本专利技术基于FPGA的FlexRay通信模块，采用串联PROM调试电路，支持外部硬件调试和软件调试两种方式，为硬件调试和软件加载提供了极大的方便，并具有工程应用的通用性和推广性。附图说明图1是本专利技术基于FPGA的FlexRay通信模块的整体架构图。图2是本专利技术FPGA最小系统单元中的电源电路图。图3是本专利技术FPGA最小系统单元中的调试接口电路图。图4是本专利技术FPGA最小系统单元中的时钟电路图。图5是本专利技术FlexRay通信单元中各通信控制器与两个总线驱动器的连接电路图。图6是本专利技术基于FPGA通信模块IP核结构图。图7是本专利技术GPIOIP核逻辑图。图8是本专利技术中断控制器IP核逻辑图。图9是本专利技术UARTIP核逻辑图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，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三个部分。IP核逻辑实现基于FPGA的FlexRay通信模块的功能：由16路串行接口接收外部串行设备的信息，并交由FPGA处理器硬核进行存储、编码或解码等一系列处理，经FlexRay通信单元的通信控制器、总线驱动器和物理通道接口传输至其他总线节点。FPGA最小系统单元主要包括FPGA芯片、电源电路、时钟电路、存储器电路和调试接口电路。电源电路分别提供+15V、+5V、+3.3V、+1.8V、+1.2V的电压；FPGA芯片自身带86KB的RAM和648KB的BRAM，可用来存储程序和数据，为满足大数据系统的存储需求，外扩16MBSDRAM用作主存储器，对串行接口数据以及总线数据进行存储；FPGA、SDR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA的FlexRay通信模块，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的FlexRay通信模块，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述基于FPGA的FlexRay通信模块，其特征在于，所述电源电路提供的电压分别为+15V、+5V、+3.3V、+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈欣，李妍，贾振宇，原兵兵，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32