基于FPGA的CAN總線(xiàn)控制器SJA1000軟核的設計

每一個(gè)功能模塊都有對應的接口信號，而data_in_infer、addr_out_infer、data_in_infer、w_ok_in、r_ok_in是讀寫(xiě)模塊的信號接口。
需要注意的是，本系統中使用了主從狀態(tài)機，即狀態(tài)機的嵌套。在主狀態(tài)進(jìn)入初始化狀態(tài)機后，立即給出一個(gè)enable信號，啟動(dòng)從狀態(tài)機，并設置一個(gè)從狀態(tài)機的完成信號finish(高電平有效)，且初始值為低，然后在主狀態(tài)機不停的檢測finish信號，如果finish為高，則進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，查詢(xún)狀態(tài)。而在從狀態(tài)機中，則不停地檢測enable信號，如果為高，則開(kāi)始工作，當完成從狀態(tài)機后，將finish信號置高。如此就完成了主從狀態(tài)機的互動(dòng)。接口控制邏輯模塊中的start、end信號即為系統主從狀態(tài)機互動(dòng)信號。

3 初始化模塊
初始化模塊的功能是完成SJA1000的初始化。CAN2．0B規范允許SJA1000工作在兩種模式，即BasicCAN模式和PeliCAN模式，上電默認為BasicCAN模式。在兩種模式下都需要對SJA1000的模式寄存器CR、驗收碼寄存器ACR、驗收屏蔽寄存器AMR、總線(xiàn)定時(shí)寄存器BTR0、BTR1和輸出控制寄存器OCR寫(xiě)入控制命令。
在本設計中，借用ROM的思想，將需要讀寫(xiě)的寄存器地址和數據統一編碼，固化存儲起來(lái)，對SJA1000進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，只需要按照一定的順序讀出數據和地址，輸出到即可。

4 位查詢(xún)模塊
位查詢(xún)模塊主要功能是在SJA1000轉入工作模式后能夠讀取存在接受緩沖區RXFIFO的幀信息，在本設計中讀取幀信息采用了查詢(xún)方式，即不停地查詢(xún)SJA1000狀態(tài)寄存器SR的RBS位，如果查詢(xún)到RBS位為“1”，即表明接收緩沖區滿(mǎn)，RXFIFO中有可用信息，此時(shí)將轉入數據處理模塊，由數據處理模塊進(jìn)行數據讀入，并進(jìn)行處理。在查詢(xún)過(guò)程中，對SJA1000的狀態(tài)寄存器進(jìn)行了讀操作。

5 數據處理模塊
數據處理模塊功能是從SJA1000的緩沖區讀入數據，并作處理。在讀入數據時(shí)，只需將輸出的地址定位到SJA1000接收緩沖區的數據場(chǎng)依次將數據從緩沖區讀入即可。在CAN總線(xiàn)的通信中，發(fā)送的為幀信息，其數據幀結構如圖7所示。

在對數據進(jìn)行處理時(shí)，前16位為ID，有用的數據是在幀中的數據場(chǎng)(Data Field)中，因此只需略過(guò)前16位，對后面最多8個(gè)字節的數據進(jìn)行處理，分配到步進(jìn)電機的引腳上即可。

6 緩沖區釋放模塊與雙端口模塊
在緩沖區的數據被讀入后，需要對緩沖區的數據清零，為后續的數據讀入做準備。本質(zhì)上仍是對SJA1000的命令寄存器(CMR)寫(xiě)操作。在狀態(tài)寄存器與接收緩沖區相關(guān)的位為RRB，置1即可釋放緩沖區，這樣就會(huì )導致接收緩沖區內的另一條信息立即有效，從而進(jìn)入下一幀數據的數據查詢(xún)、處理過(guò)程。
在本設計中，輸出的數據引腳為雙向引腳，設計成三態(tài)輸出，這是因為雙向端口在完成輸入功能時(shí)，必須使端口處于高阻態(tài)，否則外部數據不能正確讀入。
其設計關(guān)鍵在于，實(shí)體部分必須對端口屬性進(jìn)行申明，端口屬性必須為inout類(lèi)型，在構造體對輸出信號進(jìn)行有條件的高阻控制。

結語(yǔ)
CAN總線(xiàn)接口控制器由VHDL語(yǔ)言描述，易于修改和移植，可以將幾個(gè)軟核集成到一個(gè)FPGA芯片上去，具有單片機所沒(méi)有的優(yōu)勢，在汽車(chē)領(lǐng)域具有良好的應用前景。