[發明專利]一種基于FPGA的FlexRay通信模塊

在審

• 申請號: 201610110913.8
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105681145A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 陳欣;李妍;賈振宇;原兵兵
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種基于FPGA的FlexRay通信模塊，特別是涉及一種可編程處理器FPGA，并在此平臺下，采用IP核方式實現多路FlexRay總線和串行接口的通信模塊，屬于網絡通信技術領域。

背景技術

在PAL、GAL、CPLD等可編程邏輯芯片迅猛發展的基礎上，可編程邏輯芯片FPGA應用于嵌入式系統，不僅實現單片機能達到的可編程用戶功能，還可以利用半定制的專業集成電路，對靈活性較高的可編程的邏輯單元進行設計。目前Xilinx公司提出了SOP(SystemonChip，片上系統)的概念，在高端產品集成了PowerPC系列內嵌硬核，如Virtex-4系列內嵌硬核PowerPC405，后續進一步在Z-7000系列集成了雙核ARMCortex-A9MPCore處理系統。

XilinxVirtex-4系列FX平臺的FPGA芯片內嵌PowerPC內核，處理器運算能力和穩定性多用于高端的功能需求復雜的對象，豐富的IO接口共320個，最高工作頻率達350MHz；具有存儲器管理單元，可對4GB的存儲空間進行管理；具有一個消息緩存和一個數據緩存，實現PowerPC處理器對存儲器的訪問；支持多種調試方式，如外部JTAG調試方式，內部軟件調試方式等；支持內部局部總線PLB，通過32位地址總線和64位數據總線，配合緩存實現指令操作和數據讀寫等。

IP核是FPGA獨有的一種開發模式，每個IP核可獨立完成某一特定的功能，內部PLB主從模塊完成總線連接的時序轉換和數據協議交互；IP內部連接模塊IPIC用作用戶邏輯與PLB模塊之間的信息緩沖；用戶邏輯模塊是IP核的主體部分，可用Verilog語言編寫程序實現特定功能。Xilinx公司提供了封裝完整的IPIF幫助用戶實現功能IP核與PLB總線的信息交互，邏輯接口經IPIF實現轉換掛接于PLB總線，由硬核對其進行讀寫控制，由此建立實現用戶功能的IP核。

但目前對于FPGA和IP核的研究仍處于探索階段，尚未有重大突破，難以適應嵌入式和通信領域的快速發展趨勢，也嚴重制約其在各領域的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于FPGA的FlexRay通信模塊，該模塊以FPGA作為主處理器，并由IP核進行功能擴展，具有4路FlexRay總線輸出能力和16路串行通信能力，可以適應多路串行通信和多種總線拓撲的通信需求，擴大了FPGA的應用范圍。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于FPGA的FlexRay通信模塊，包括FPGA最小系統單元、FlexRay通信單元和串行接口單元；所述FPGA最小系統單元包括FPGA芯片、時鐘電路、存儲器電路、電源電路和調試接口電路，FlexRay通信單元包括兩個通信控制器和四個總線驅動器，串行接口單元包括設備驅動電路、電平轉換電路和接口電路；

所述時鐘電路、存儲器電路、電源電路分別與FPGA芯片連接，FPGA芯片分別與兩個通信控制器、設備驅動電路連接，兩個通信控制器中，一個通信控制器與兩個總線驅動器連接，另一個通信控制器與另外兩個總線驅動器連接，設備驅動電路依次與電平轉換電路、接口電路連接，電源電路給FPGA芯片、時鐘電路、存儲器電路、調試接口電路、FlexRay通信單元、串行接口單元供電。

作為本發明的一種優選方案，所述電源電路提供的電壓分別為+15V、+5V、+3.3V、+1.8V、+1.2V。

作為本發明的一種優選方案，所述調試接口電路兼容硬件調試和軟件調試兩種方式。

作為本發明的一種優選方案，所述串行接口單元包括16路RS232串行接口。

作為本發明的一種優選方案，所述FPGA芯片為Xilinx公司的Virtex-4系列的XC4VFX12芯片。

作為本發明的一種優選方案，所述通信控制器為Freescale公司的MFR4310芯片。

作為本發明的一種優選方案，所述總線驅動器為NXP公司的TJA1080芯片。

作為本發明的一種優選方案，所述設備驅動電路為MAX3160芯片。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1、本發明基于FPGA的FlexRay通信模塊，具有4路FlexRay總線通信能力，可作為任意拓撲結構的FlexRay網絡中節點與其他節點進行通信，實際工程應用適應性強。