基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器，包括基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器，其特征在于，包括FPGA控制器、CAN控制器和CAN隔离收发器，所述FPGA控制器通过USB数据线连接到上位机USB接口，通过CAN控制器连接到CAN隔离收发器，所述FPGA控制器与CAN控制器还设置有存储器SDRAM，用于数据缓冲与命令缓冲，其中：所述FPGA控制器用于接收上位机的指令实现对CAN控制器的控制，实现上位机与CAN总线的数据交互。该运动控制器完全支持CANV2.0B技术规范，通信速率最大为2Mb/s，能够发送和接收标准和扩展的数据帧及远程帧等多种帧格式。多种帧格式。多种帧格式。

【技术实现步骤摘要】
基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器


[0001]本技术涉及数据通信领域，具体涉及基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器。

技术介绍

[0002]CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，它是一个多主机异步串行总线，是国际上应用最广泛的现场总线之一。现在已经成为国际标准，被采用为高速应用的ISO11898标准和用于低速应用的ISO11519标准。在现场总线中，它是唯一被国际标准化组织批准的现场总线。CAN总线具有十分优越的特点，得到了人们的青睐。这些特性包括：低成本、极高的总线利用率、长达10km的数据传输距离、高达1Mbit/s的数据传输速率、可根据报文的ID进行报文选择、可靠的错误处理和检错机制、自动重发遭到破坏的信息、节点在错误严重的情况下可自动退出总线、报文不包含地址，仅用标志符来指示功能信息和优先级等信息。由于它具有优良的错误处理机制及可靠的数据传送性能，因此，CAN总线已经在汽车工业、航空工业、医疗仪器、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。在现有技术中，CAN数据交换是通过单片机+SJA1000来实现的，通过单片机的IO口模拟CAN控制器进行数据解析，上位机还需要USB转串口后才能在单片机进行数据转换后与CAN接口进行通信，不仅通信速率低且实际应用时十分不便。

技术实现思路

[0003]本技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器，使用可重复编程的FPGA用来读取和发送数据实现与上位机的通信，通过设置存储器用于数据缓冲与命令缓冲SDRAM，提高通信速率。
[0004]本技术的技术方案为：基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器，包括FPGA控制器、CAN控制器和CAN隔离收发器，所述FPGA控制器通过USB数据线连接到上位机USB接口，通过CAN控制器连接到CAN隔离收发器，所述FPGA控制器还连接有存储器SDRAM，用于数据缓冲与命令缓冲。
[0005]所述FPGA控制器用于接收上位机的指令实现对CAN控制器的控制，实现上位机与CAN总线的数据交互。
[0006]所述上位机通过FPGA控制器与CAN控制器交互式相连接；所述CAN隔离收发器电连接CAN控制器与总线。
[0007]所述运动控制器还包括电源模块，用于向该运动控制器中的各模块供电。
[0008]CAN隔离收发器是用于实现CAN控制器逻辑电平与CAN总线上差分电平的互换。
[0009]FPGA控制器负责实现对CAN控制器的控制：在节点启动时，初始化CAN控制器参数；在CAN控制器发生中断时，向上位机发送CAN控制器的中断异常信号；进行配置FPGA寄存器操作、进行配置CAN控制器寄存器操作，将上位机发送的CMD写入FPGA发送指令fifo中；
[0010]接受来自上位机的发送指令时，将数据写入存储器SDRAM发送缓存区；
[0011]接受来自上位机的接受指令时，将读取存储器SDRAM接受缓存区的数据。
[0012]USB接口模块与上位机交互式相连接,包括：将所述上位机发送的指令、相应寄存器地址传送至所述FPGA主控模块的寄存器，将数据存储至存储器SDRAM发送缓冲区；将存储器SDRAM接受缓冲区的数据通过USB数据线输送至ARM上位机。
[0013]所述FPGA主控模块用于将收到的指令进行解析，该模块对锁存的数据和指令长度进行判断，获得复位指令、读指令、写指令、读RX缓冲器指令、装载TX缓冲器指令以及位修改指令，将指令通过第一SPI接口模块发送至CAN控制器；通过第一SPI接口模块接受CAN数据，并将CAN数据存储在存储器SDRAM接收缓冲区；将上位机数据和命令存储至存储器SDRAM发送缓冲区。
[0014]第一SPI接口模块用于将指令、CAN控制器件内部寄存器地址、存储器SDRAM发送缓冲区的数据串行输出至CAN控制器中的缓存寄存器，并将接受CAN控制器的数据存储至存储器SDRAM接收缓冲区中。
[0015]所述CAN控制器用于实现CAN总线协议、发送和接收数据帧，包括标准数据帧、扩展数据帧等，CAN控制器包括第二SPI接口模块、CAN协议模块和CAN控制逻辑模块。
[0016]CAN协议模块，主要负责与CAN总线间的数据传输；CAN控制逻辑模块，用于设置芯片及其操作模式；第二SPI接口模块，主要负责与FPGA控制器的数据传输。
[0017]所述CAN协议模块包括：CAN协议机、发送与接受缓冲器、屏蔽器和过滤器，CAN协议机用于实现与CAN总线间的数据传输。
[0018]所述FPGA控制器一端连接的CAN控制器为多个，每个CAN控制器均与一个CAN隔离收发器连接。
[0019]所述FPGA控制器电源由芯片ADP5024提供。
[0020]所述电源模块包括9～37VDCDC供电电路，用于支持USB供电。
[0021]运动控制器在总线上以节点形式存在，整个节点以FPGA控制器核心、将其与CAN控制、存储器SCRAM和CAN隔离收发器有机结合起来，通过USB通信与上位机相连。FPGA控制器中设置有USB接口模块，所以省去了USB控制器外围电路的设计，为了进一步提高CAN总线的抗干扰能力，保证节点在电气上是隔离和独立的。
[0022]本技术具有的有益效果：
[0023]采用SPI接口，具有体积小、低功耗、功能完善、使用方便等特点。为了实现基于该接口芯片的CAN接口运动控制器，采用ARM+FPGA架构，在FPGA内部实现SPI接口逻辑和CAN控制器指令转换逻辑，以完成不同的SPI指令，在ARM中接收上位机指令和完成对CAN控制器的控制。通信单元设计合理，运行稳定，满足了实际需求。
[0024]该运动控制器完全支持CANV2.0B技术规范，通信速率最大为2Mb/s，能够发送和接收标准和扩展的数据帧及远程帧等多种帧格式，通过设置存储器用于数据缓冲与命令缓冲SDRAM，提高通信速率。
附图说明
[0025]图1为本技术的整体结构示意图；
[0026]图2为本技术的运动控制器工作示意图；
[0027]图3为本技术的CAN控制器结构示意图；
具体实施方式
[0028]下面结合实施例及附图，对本技术作进一步的详细说明，但本技术的实施方式不限于此。
[0029]在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0030]在本技术的描述中，还需要说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器，包括CAN控制器和CAN隔离收发器，其特征在于，还包括FPGA控制器，所述FPGA控制器通过USB数据线连接到上位机USB接口、通过CAN控制器连接到CAN隔离收发器，所述FPGA控制器还外挂有存储器SDRAM，用于数据缓冲与命令缓冲，其中：所述FPGA控制器用于接收上位机的指令实现对CAN控制器的控制，实现上位机与CAN总线的数据交互。2.根据权利要求1所述的基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器，其特征在于，所述FPGA控制器包括：USB接口模块、主控制模块和第一SPI接口模块，所述USB接口模块用于与上位机交互式相连接；FPGA主控模块用于将收到的指令进行解析并通过第一SPI接口模块实现CAN控制器的控制；将CAN数据存储至存储器SDRAM接收缓冲区；将上位机数据和命令存储至存储器SDRAM发送缓冲区；所述第一SPI接口模块在FPGA控制器内部进行SPI接口逻辑和指令转换逻辑，实现与CAN控制器的数据传输。3.根据权利要求1所述的基于ARM和FPGA的CAN接口运动控制器，其特征在于，所述CAN控制器用于实现CAN总线协议、发送和接收数据帧，包括第二SPI接口模块、CAN协议模块和CAN控制逻辑模块。4.根据权利要求3所述的基于ARM和FPGA的CAN接口运...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋俊，匡顺兰，闫永鑫，唐自祥，李娟，
申请(专利权)人：成都恩菲特科技有限公司，
类型：新型
国别省市：