本发明专利技术公开了一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其包括FPGA最小系统和与其连接的FlexRay总线通信单元、CPCIe光纤通信单元，FlexRay总线通信单元连接FlexRay外部总线，CPCIe光纤通信单元连接PCIe系统总线，FlexRay总线通信单元执行FlexRay通信协议，实现光纤通信模块与FlexRay外部总线之间数据传输；光纤通信单元完成光、电信号的相互转换，实现光纤通信模块利用光纤介质进行数据交换；FPGA最小系统用于PCIe系统总线与FlexRay外部总线之间的数据交换。本发明专利技术该通信模块可直接兼容原有FlexRay总线结构；实现FlexRay高速总线利用光纤介质传输；提升FlexRay高速总线的传输距离，增加FlexRay总线应用的应用范围。增加FlexRay总线应用的应用范围。增加FlexRay总线应用的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块
[0001]本专利技术属于网络通信
，涉及一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，利用光纤介质实现FlexRay高速总线数据通信。
技术介绍
[0002]总线通信广泛应用于各种工业控制网络中，主要为了解决不同电子设备之间的通信问题，尤其体现在航空航天、汽车制造、航海、自动控制、过程工业等领域。目前，应用时间长，技术发展成熟的外部总线通信技术包括CAN总线、1553B总线等，其具有高可靠性、高确定性和高容错性等特点。但随着科学技术的不断发展，日益增长的数据量和越来越高的实时性通信需求已经逐渐对传统的外部总线通信技术提出了挑战，新一代的高速外部总线技术FlexRay总线开始在相关领域得到应用。
[0003]FlexRay作为新一代高速串行外部总线协议，与传统总线相比，在通信速率/可靠性和灵活性等方面具备明显优势。FlexRay总线目前只应用于少数品牌的车载总线通信网络中，具有极大的应用前景。相比于CAN总线和1553B总线最高1Mbps的数据传输速率，FlexRay总线单通道上的数据传输速率最高支持10Mbps，两条通道的总传输速率最高可达20Mbps，因此能够适应大数据量和高实时性的通信要求；两条通道可实现单通道工作、双通道工作和冗余工作三种工作方式。此外，FlexRay总线网络拓扑结构灵活，支持点对点、总线型和有源星型等多种结构。在通信机制方面，FlexRay总线采用循环周期通信，数据帧最大支持到254帧，通过合理配置通信周期和消息长度，可保证接收节点提前预知消息到达时间。
[0004]但是依赖电缆作为信号传输介质极大地限制了FlexRay总线的传输距离和应用范围。FlexRay总线电缆传输的最远距离约为20米，而普通多模光纤的传输距离就可以达到300米以上。此外，光信号在长距离传输过程中衰减小，且不受周边环境电磁干扰。利用光纤介质实现FlexRay高速总线数据通信可以在兼容现有FlexRay总线网络结构的基础上，进一步拓展器应用范围，如军工、测控、航空航天等诸多领域。
[0005]由于FlexRay高速总线的总线驱动器无法直接支持光纤介质通信，因此设计一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，该模块采用FPGA作为核心实现FlexRay高速总线与GTX高速串行收发器之间的数据转换，实现利用光纤介质完成FlexRay高速总线数据通信，拓展FlexRay总线应用范围。
技术实现思路
[0006](一)专利技术目的
[0007]本专利技术的目的是：针对FlexRay高速总线受传输电缆限制的问题，提出一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，实现利用光纤介质实现FlexRay高速总线数据通信的功能。
[0008](二)技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，包括FlexRay总线通信单元、光纤通信单元、FPGA最小系统和电源电路单元；FlexRay总线通信单元执行FlexRay通信协议，实现光纤通信模块与FlexRay总线网络之间数据传输；光纤通信单元完成光、电信号的相互转换，实现光纤通信模块利用光纤介质进行数据交换；通信模块的处理核心采用FPGA最小系统，通过对FPGA芯片内部IP核设计，实现FlexRay高速外部总线与FPGA最小系统中GTX高速串行收发器之间的数据传递；电源电路单元为光纤通信模块各单元供电。
[0010]其中，FPGA最小系统包括FPGA芯片、时钟电路、复位电路和调试接口电路；所述FPGA芯片本专利中以Xillinx公司的Kintex7系列的XC7K325T芯片为例，但不局限于同款芯片。
[0011]其中，所述FlexRay总线通信单元采用基于通信控制器和总线驱动器的FlexRay总线节点框架方案，具体包括一个通信控制器与两个总线驱动器。通信控制器芯片与FPGA连接，本专利中通信控制器芯片以MFR4310为例，但不局限于同款芯片；两个总线驱动器芯片分别与通信控制器芯片连接，总线驱动器芯片以TJA1080为例，但不局限于同款芯片。
[0012]其中，所述光纤通信单元采用光电信号转换芯片与FPGA连接，光电信号转换芯片以HTA8525为例，但不局限于同款芯片。
[0013]其中，所述电源电路单元分别为FlexRay总线通信单元、光纤通信单元和FPGA最小系统提供供电需求。
[0014](三)有益效果
[0015]上述技术方案所提供的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，具有以下有益效果：
[0016](1)该通信模块可直接兼容原有FlexRay总线结构；
[0017](2)实现FlexRay高速总线利用光纤介质传输；
[0018](3)提升FlexRay高速总线的传输距离，增加FlexRay总线应用的应用范围。
附图说明
[0019]图1本专利技术FlexRay总线光纤通信模块原理图；
[0020]图2本专利技术FPGA最小系统原理图；
[0021]图3本专利技术FlexRay总线通信单元与光纤通信单元原理图；
[0022]图4本专利技术电源模块原理图；
[0023]图5本专利技术FPGA内部逻辑功能图；
[0024]图6本专利技术异步FIFO逻辑功能图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0026]图1为本专利技术FlexRay
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CPCIe通信模块原理图。通信模块包括FPGA最小系统、电源电路单元、FlexRay总线通信单元和CPCIe光纤通信单元。通信模块的核心处理器采用FPGA最小系统，通过对FPGA芯片内部IP核设计，使FPGA起到两种不同通信协议之间信息交换的
桥梁作用，实现PCIe系统总线与FlexRay高速外部总线之间的数据交换，电源电路单元为通信模块各单元供电。所述光纤通信模块可安装于计算机机箱内CPCIe背板上，从而实现利用计算机操作系统对FlexRay高速总线进行开发、测试等功能。
[0027]图2为本专利技术FPGA最小系统原理图，FPGA最小系统包括FPGA芯片、时钟电路、配置接口和程序存储电路。FPGA芯片采用Xillinx公司的Kintex7系列的XC7K325T芯片，该芯片具有多达400个用户自定义I/O引脚接口和多种配置模式，便于提高设计灵活性；时钟采用高精度外部晶振；为加强FPGA芯片配置效率，配置接口可同时满足调试(JTAG)模式和比特外设接口(BPI)模式；程序存储芯片采用StrataFlash芯片。
[0028]图3为本专利技术FlexRay总线通信单元与光纤通信单元原理图，FlexRay总线通信单元采用通信控制器和总线驱动器的FlexRay总线节点框架方案，包括一个通信控制器分别与两个总线驱动器。通信控制器芯片与FPGA连接，采用MFR431本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，包括FPGA最小系统和与其连接的FlexRay总线通信单元、CPCIe光纤通信单元，FlexRay总线通信单元连接FlexRay外部总线，CPCIe光纤通信单元连接PCIe系统总线，FlexRay总线通信单元执行FlexRay通信协议，实现光纤通信模块与FlexRay外部总线之间数据传输；光纤通信单元完成光、电信号的相互转换，实现光纤通信模块利用光纤介质进行数据交换；FPGA最小系统用于PCIe系统总线与FlexRay外部总线之间的数据交换。2.如权利要求1所述的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，所述光纤通信模块安装于计算机机箱内CPCIe背板上，利用计算机操作系统对FlexRay外部总线进行开发、测试。3.如权利要求1所述的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，还包括：电源电路单元，为光纤通信模块各单元供电。4.如权利要求1所述的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，所述FPGA最小系统包括FPGA芯片和与其连接的时钟电路、配置接口和程序存储电路，FPGA芯片采用Xillinx公司的Kintex7系列的XC7K325T芯片，时钟电路采用高精度外部晶振，配置接口同时满足调试模式JTAG和比特外设接口BPI模式；程序存储芯片采用StrataFlash芯片。5.如权利要求4所述的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，所述FlexRay总线通信单元包括一个通信控制器与两个总线驱动器，通信控制器与FPGA芯片连接，两个总线驱动器分别与通信控制器连接。6.如权利要求5所述的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，所述通信控制器采用MFR4310芯片，总线驱动器采用TJA1080芯片。7.如权利要求6所述的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，所述光纤通信单元采用光模块芯片，并与FPGA连接，光模块芯片采用HTA8525芯片。8.如权利要求7所述的基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其特征在于，所述FPGA芯片与MFR4310芯片之...
【专利技术属性】
技术研发人员：董虓霄，马云峰，靳五强，
申请(专利权)人：天津津航计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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