DSP和FPGA下的數據通信方案設計

許智勇　周煒

摘要：本文對FPGA和DSP下的數據通信方案設計，選擇CAN總線下通信系統設計，在設計目標上主要在于使CAN總線能夠實現多節點可靠高速性傳輸，在節點之間的數據通信基礎上，使整個通信系統中不同單元都能夠實現協同工作。通過該種設計，相對一般通信總線來說，CAN總線不僅可表現出突出的可靠性，還會表現出突出的實時性與靈活性，對于高速信號處理及傳輸方面的要求能夠得到基本滿足。

關鍵詞：FPGA；DSP；數據通信

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0136-01

在FPGA、DSP等控制芯片快速發展的今天，人們在數據傳輸速度與穩定性方面的要求不斷提升，通過FPGA和DSP配合對CAN總線進行控制，成為當前CAN總線通信系統研究重要課題。本文即從系統硬件設計與軟件設計兩方面，對FPGA和DSP下的CAN總線通信系統進行了設計。

1 FPGA和DSP下的數據通信系統硬件設計

1.1 對SJAl000模塊硬件進行設計

該模塊是一種具有獨立性的CAN總線控制器，能夠支持CAN2.0B協議。在這一系統中，對16Mhz外接晶振加以采用，從而確保系統時鐘的提供；在數據地址上，通過總線引腳DO-D7同DSP進行相連；芯片使能信號CS與地址鎖存信號ALE及寫有效WR和讀有效RDR同FPGA的I/O口相連；對于MODE引腳，將其接至高電平，確保其工作能夠在Intel時序；對于發送輸出端TX0，使其與CAN總線收發器PCA82C250的TXD相連，對于接收輸入端RX0，使其與RXD引腳相連；在RXl引腳上，將其接到一個固定電平，使其和CAN總線收發器PCA82C250在參考電平輸出引腳Vref上相連。

1.2 對PCA82C250模塊硬件進行設計

該模塊屬于在CAN總線控制器與物理總線兩者中間的接口，其性質為CAN總線收發器。其不僅能夠向總線對差動發送能力進行提供，還能向CAN總線控制器對相應差動接收能力進行提供。其中RS引腳的應用，主要可對2種不同工作模式進行選擇，一種是高速工作模式，一種是斜率控制模式。該引腳可對47K電阻進行外接，讓芯片能夠處在斜率控制模式下工作。

1.3 對74LVC4245模塊硬件進行設計

因FPGA的I/O口在輸出電平方面屬于3.3VTTL標準信號，而SJAl000引腳在輸入輸出電平方面屬于5 VCOMS電平信號，使得其無法直接相連，數據也無法直接進行傳輸，需對電平轉換芯片74LVC4245加以使用，使標準信號和電平信號能夠進行轉換。因SJAlOOO的數據地址選用復用總線Do—D7，所以在一片74LVC4245上對Do—D7進行接入，并在另一片74LVC4245上對其他控制信號進行接入，從而為電平轉換方向控制提供方便。

2 FPGA和DSP下的數據通信系統軟件設計

2.1 對DSP模塊程序進行設計

在該系統中，對于數字信號處理芯片的選用，選擇了具有高性能的TMS320C67x系列，其由TI公司推出，在工作頻率方面能夠達到1 GHz，這種較強的數據處理能力，可以確保高速數據傳輸的要求得到基本滿足。[6]對于DSP來說，受其地址線與數據線是分開的影響，不能直接同DO-D7相連，因此將其地址線AO作為數據選擇線，在AO=0情況下，以DSP數據線上的數據為地址對SJAl000進行寫入，在A0=1情況下，以DSP數據線上的數據為數據對SJAl000進行寫入。

在該系統中，DSP模塊主要負責對SJAl000初始化過程的完成及對發送過程的控制。因SJAl000內部大部分寄存器的讀寫必須處于復位模式，為此在對SJAl000實施初始化前，需對其處理使其處于復位模式。完成配置后，確保SJAl000重新進入正常操作模式，等待對數據進行發送或接收。對SJAl000進行發送時，需對狀態寄存器sR中的值進行讀取，主要為TCS和TBS位的值，保證在SJAl000最近一次發送上已經獲得成功，同時需保證發送緩沖器處在釋放狀態。之后面向發送緩沖器TXB對TX標識碼進行寫入、對TX結構信息進行寫入、對待發送的數據進行寫入；在最后，需面向命令寄存器CMR的TR位，對1進行寫入，對發送請求進行置位，對發送操作進行完成。

2.2 對FPGA模塊程序進行設計

該系統在芯片的選擇上，選擇了低功耗處理器，即EPlC6Q 240C8型芯片，其由Altera公司提供，可對185個I/0接口進行提供，在處理速度上較快，且具有靈活、可靠等優勢。對于FPGA模塊來說，其主要負責對SJAl000地址鎖存信號ALE的時序控制，完成對芯片使能信號CS的時序控制，并完成對讀有效RD的時序控制，以及完成對寫有效WR的時序控制。

FPGA在完成這些時序控制的過程中，同時需完成在電平轉換芯片74LVC4245方面的控制，對其電平轉換方向信號trl加以控制。在DSP向SJAl000對數據進行寫入時，trl數值為0，對于3.3VTTL標準信號，會使其轉換成5VCOMS電平信號；在DSP向SJAl000對數據進行讀出時，trl數值為1，對于5VCOMS電平信號，會使其轉換成3.3VTTL標準信號。

3 結語

為了使CAN總線的能夠實現多節點可靠高速性傳輸，本文基于FPGA和DSP對CAN總線通信系統進行了設計。FPGA和DSP下的CAN總線通信系統設計，在硬件部分對DSP+FPGA加以采用，將其作為核心通訊處理單元，在軟件部分對DSP模塊程序與FPGA模塊程序進行設計，具有很好的實時性，還能夠確保系統數據在傳輸過程中穩定可靠。

參考文獻

[1]單彥虎，謝璐，楊玉華，等.基于DSP+FPGA的飛控系統硬件平臺設計[J].火力與指揮控制，2017，（11）：169-173.

[2]侯翔昊，楊堯，王民鋼.基于DSP與FPGA多路ARINC429數據通信系統設計[J].電力電子技術，2013，（8）：107-108.