基于FPGA的CAN总线控制器SJA1000软核的设计

摘要：分析了CAN控制器SJA1000的特点及CAN协议通信格式。设计了控制器SJA1000的IP软核，能为应用提供一个性能优良的、易于移植的控制器SJA1000，实现了对步进电机的控制。
关键词：FPGA；CAN控制器；SJA1000

控制局域网(CAN)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信可靠性、实时性和灵活性好，应用领域非常广泛，通常基于ARM或51单片机，实现与CAN控制器的通信联络。FPGA／SOPC技术是实现嵌入式系统的最高形式，基于IP软核的设计与应用也必将成为替代硬核的一种发展趋势。凭借QuartuslI和NiosII工具，基于FPGA的VHDL(或Verilog)语言设计的IP核能够提供灵活性和性能更好的控制器。
图1为一个基于FPGA的控制器的CAN总线节点。其中PCA82C251是CAN总线接收器，SJA1000是CAN总线通信控制器，PMM8713是驱动步进电机的脉冲分配器，FPGA模块在节点模型中对SJA1000进行控制，并将接收到的帧信息进行处理，发送给脉冲分配器，以驱动步进电机。

在设计中采用自顶向下的设计方法。通过分析SJA1000常用的控制芯片51单片机的功能，将其分为主要的4个模块：初始化模块、位查询模块、数据处理模块和缓冲区释放模块。
对SJA1000完成控制功能的过程用状态图描述如图2所示，这也是系统的主状态机。4个状态对应上述的4个功能模块，首先在initial_st-ate完成对sJA1000的初始化，在由init_end信号给出初始化完成标志后，进入查询状态，即query_RBS状态，由位查询模块完成此时对SJA100 0的状态查询。如果查询到SJA1000缓冲区有帧信息，将qRBS_end置“1”，进入下一个状态frame_cope，即帧处理状态，此时由数据处理模块完成对缓冲区的数据读取，并作处理。在读取完一帧数据后，需要释放缓冲区，为下一帧信息的接收做准备。此时状态转入了release_buff-er，对应功能模块中的缓冲区释放模块，此状态结束后又转入位查询状态，为下一帧信息接收做准备。

初始化模块主要在系统上电或重启后，先对SJA1000进行初始化；位查询模块是在初始化完成后，对SJA1000状态寄存器的接收缓冲区标志位不断进行查询，如果在缓冲区收到一帧信息后，则转入数据处理模块，否则继续进行查询；数据处理模块则是在查询到接收缓冲区有数据后，读入帧数据，并对帧数据进行处理；缓冲区释放模块是在一帧信息处理完毕后，释放缓冲区空间。
除了上述4个功能模块之外，还需要读写模块、双端口模块、模块接口控制逻辑等。