一種用于艦船冗余網(wǎng)絡的高速can總線擴展板的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及艦船監(jiān)控領域，涉及一種用于艦船冗余網(wǎng)絡的高速CAN總線擴展板，包括FLASH結構FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片，F(xiàn)LASH結構FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片依次順接，CAN總線控制器和CAN總線物理芯片皆至少兩路并聯(lián)。本實用新型使用FLASH結構FPGA芯片進行總線時序邏輯轉換，減少了中間轉換環(huán)節(jié)，間接減輕了主處理器程序運行負擔和故障風險；中間轉換環(huán)節(jié)的減少降低了器件數(shù)量，降低了CAN總線擴展板的成本。由于減少了信號路徑的時間，有效提高了轉換效率和CAN總線傳輸速率。
【專利說明】
一種用于艦船冗余網(wǎng)絡的高速CAN總線擴展板
技術領域
[0001]本實用新型涉及艦船監(jiān)控領域，特別涉及一種用于艦船冗余網(wǎng)絡的高速CAN總線擴展板。
【背景技術】
[0002]CAN(控制器局域網(wǎng)絡)總線作為工業(yè)現(xiàn)場總線的一種，它憑借卓越的特性、極高的可靠信與獨特的設計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互聯(lián)。與其他的通信總線相比，CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性。目前，CAN總線不僅在汽車領域，而且在電梯、消費電子、艦船、工程機械等自動化領域，甚至是航空航天領域得到了廣泛的應用。
[0003]在艦船監(jiān)控領域，對安全性要求比較高。為了滿足一定的安全級別，需要使用系統(tǒng)冗余機制。把CAN總線應用于艦船自動化已經(jīng)成為控制領域的一種趨勢；由于CAN總線一開始并不是針對安全領域開發(fā)的，它對系統(tǒng)冗余的支持具有一定的不足。而PC104總線標準(一種工業(yè)計算機總線標準)是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結構的嵌入式控制系統(tǒng)，已廣泛應用于各種艦船控制臺、機艙機箱等場合。因此，人們設計了基于PC104總線結構的CAN擴展板。
[0004]目前，基于PC104總線結構的CAN擴展板已普遍應用于各種船自動化監(jiān)控設備中。但是由于PC104總線標準的定義，其總線形式為數(shù)據(jù)和地址獨立;而CAN控制芯片的并行總線形式一般為數(shù)據(jù)和地址復用，故而兩種總線之間需要一個總線轉譯的機制，而轉譯的速度直接影響到CAN總線通訊速度。
[0005]現(xiàn)有CAN總線擴展板，多采用中間處理器來操作交換CAN控制器內的數(shù)據(jù)或采用兩次讀寫的方式。前者主處理器通過與中間處理器再通訊或是通過雙端RAM的讀取來實現(xiàn)主處理器CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)，由于增加了中間處理器或雙端RAM，在提高擴展卡成本的同時會對實際應用造成不良的影響，比如中間處理器的程序運行時間和效率會增加CAN總線數(shù)據(jù)傳輸所需的時間，中間處理器的增加會增加程序運行的故障風險以及增加主處理器運行負擔和故障風險。而后者每個數(shù)據(jù)的讀寫需要兩個讀寫周期完成，增加了數(shù)據(jù)讀寫的時間，降低了 CAN數(shù)據(jù)傳輸速率。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型需解決的技術問題是提供一種CAN總線擴展板，所述CAN總線擴展板數(shù)據(jù)轉換效率高。
[0007]為了解決上述問題，本實用新型提供一種用于艦船冗余網(wǎng)絡的高速CAN總線擴展板，包括FLASH結構FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片，F(xiàn)LASH結構FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片依次順接，CAN總線控制器和CAN總線物理芯片皆至少兩路并聯(lián)；
[0008]所述FLASH結構FPGA芯片的構成包括PC104總線控制模塊、20位內存地址轉換模塊、12位基地址比較模塊、CAN地址控制模塊、中斷選擇處理模塊和開關量控制模塊；
[0009]PC104總線控制模塊接收并儲存PC104總線信號，并根據(jù)PC104總線信號中的控制信號，將PC104總線信號中的地址信號及數(shù)據(jù)信號分配給20位內存地址比較轉換模塊和12位基地址比較模塊；以及，將CAN地址控制模塊傳回的數(shù)據(jù)信號輸出到PC104總線；
[0010]20位內存地址轉換模塊將PC104總線控制模塊輸出的PC104總線地址信號轉換為CAN總線控制器對應的地址信號；
[0011]CAN地址控制模塊接收20位內存地址轉換模塊轉換的地址信號和PC104總線信號中的控制信號，生成CAN總線控制器的接口信號；以及接收CAN總線控制器傳回的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)絇C104總線控制模塊；
[0012]12位基地址比較模塊接收PC104總線控制模塊輸出的PC104總線地址信號及數(shù)據(jù)信號;根據(jù)PC104總線地址信號，判斷進行中斷選擇處理模塊的操作還是開關量控制模塊的操作;然后將數(shù)據(jù)信號發(fā)送至中斷選擇處理模塊或開關量控制模塊進行操作；
[0013]中斷選擇處理模塊時刻接收CAN總線控制器的中斷信號，根據(jù)12位基地址比較模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號進行CAN總線控制器中斷信號與PC104總線中斷信號的對應；
[0014]開關量控制模塊連接CAN總線擴展板的外設接口，根據(jù)12位基地址比較模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號對連接的外設設備進行開關選擇。
[0015]進一步，PC104總線接口連接所述FLASH結構FPGA芯片，CAN總線接口連接所述CAN總線物理芯片。
[0016]進一步，所述CAN總線擴展板還包括用于抗外部干擾信號的光耦隔離電路。
[0017]本實用新型使用FLASH結構FPGA芯片進行總線時序邏輯轉換，減少了中間轉換環(huán)節(jié)，間接減輕了主處理器程序運行負擔和故障風險；中間轉換環(huán)節(jié)的減少降低了器件數(shù)量，降低了CAN總線擴展板的成本。由于減少了信號路徑的時間，有效提高了轉換效率和CAN總線傳輸速率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型CAN總線擴展板的結構框圖；
[0019]圖2為本實用新型FLASH結構FPGA芯片的結構框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0021]如圖1所示，本實用新型提供一種用于艦船冗余網(wǎng)絡的高速CAN總線擴展板，包括順次連接的PC104總線接口 5、FLASH結構FPGA芯片1、CAN總線控制器2、光耦隔離電路4、CAN總線物理芯片3和CAN總線接口 6，PC104總線接口 5、FLASH結構FPGA芯片1、CAN總線控制器2、光耦隔離電路4、CAN總線物理芯片3和CAN總線接口 6順次連接，CAN總線控制器2和CAN總線物理芯片3皆至少兩路并聯(lián)。
[0022]如圖2所示，所述FLASH結構FPGA芯片I的構成包括PC104總線控制模塊11、20位內存地址轉換模塊12、12位基地址比較模塊13(和圖2描述不一致)、CAN地址控制模塊14、中斷選擇處理模塊15和開關量控制模塊16。
[0023]PC104總線控制模塊11接收并儲存PC104總線信號，并根據(jù)PC104總線信號中的控制信號，將PC104總線信號中的地址信號及數(shù)據(jù)信號分配給20位內存地址比較轉換模塊12和12位基地址比較模塊13，以及將CAN地址控制模塊14傳回的數(shù)據(jù)信號輸出到PC104總線；
[0024]20位內存地址轉換模塊12將PC104總線控制模塊11輸出的PC104總線地址信號轉換為CAN總線控制器對應的地址信號；
[0025]CAN地址控制模塊14接收20位內存地址轉換模塊12轉換的地址信號和PC104總線信號中的控制信號，生成CAN總線控制器的接口信號；以及接收CAN總線控制器傳回的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)絇C104總線控制模塊11;
[0026]12位基地址比較模塊13接收PC104總線控制模塊11輸出的PC104總線地址信號及數(shù)據(jù)信號;根據(jù)PC104總線地址信號，判斷進行中斷選擇處理模塊15的操作還是開關量控制模塊16的操作;然后將數(shù)據(jù)信號發(fā)送至中斷選擇處理模塊15或開關量控制模塊16進行操作；
[0027]中斷選擇處理模塊15時刻接收CAN總線控制器的中斷信號，根據(jù)12位基地址比較模塊13發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號進行CAN總線控制器中斷信號與PC104總線中斷信號的對應；
[0028]開關量控制模塊16連接CAN總線擴展板的外設接口，根據(jù)12位基地址比較模塊13發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號對連接的外設設備進行開關選擇。
[0029]本實用新型FLASH結構FPGA芯片采用Actel公司的ProASIC3系列的FPGA:A3P0301VQG100I。
[0030]所述光耦隔離電路4用于抗外部干擾信號。
[0031]本實用新型解決了現(xiàn)有存在的中間環(huán)節(jié)多、數(shù)據(jù)轉換速度慢、可靠性較低的問題，而且減少了中間處理器程序運行的故障風險。
[0032]以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權利要求限定。
【主權項】
1.一種用于艦船冗余網(wǎng)絡的高速CAN總線擴展板，其特征在于，包括FLASH結構FPGA芯片(I)、CAN總線控制器(2)和CAN總線物理芯片(3)，F(xiàn)LASH結構FPGA芯片(I)、CAN總線控制器(2)和CAN總線物理芯片(3)依次順接，CAN總線控制器(2)和CAN總線物理芯片(3)皆至少兩路并聯(lián)； 所述FLASH結構FPGA芯片(I)的構成包括PCl04總線控制模塊(II)、20位內存地址轉換模塊(I2)、12位基地址比較模塊(13)、CAN地址控制模塊(I4)、中斷選擇處理模塊(15)和開關量控制模塊(16); PC104總線控制模塊(11)接收并儲存PC104總線信號，并根據(jù)PC104總線信號中的控制信號，將PC104總線信號中的地址信號及數(shù)據(jù)信號分配給20位內存地址比較轉換模塊(12)和12位基地址比較模塊(I3);以及，將CAN地址控制模塊(I4)傳回的數(shù)據(jù)信號輸出到PC104總線； 20位內存地址轉換模塊(12)將PC104總線控制模塊(11)輸出的PC104總線地址信號轉換為CAN總線控制器對應的地址信號； CAN地址控制模塊(14)接收20位內存地址轉換模塊(12)轉換的地址信號和PC104總線信號中的控制信號，生成CAN總線控制器的接口信號；以及接收CAN總線控制器傳回的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)絇C104總線控制模塊(11); 12位基地址比較模塊(13)接收PC104總線控制模塊(11)輸出的PC104總線地址信號及數(shù)據(jù)信號;根據(jù)PC104總線地址信號，判斷進行中斷選擇處理模塊(15)的操作還是開關量控制模塊(16)的操作;然后將數(shù)據(jù)信號發(fā)送至中斷選擇處理模塊(15)或開關量控制模塊(16)進行操作； 中斷選擇處理模塊(15)時刻接收CAN總線控制器的中斷信號，根據(jù)12位基地址比較模塊(13)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號進行CAN總線控制器中斷信號與PC104總線中斷信號的對應； 開關量控制模塊(16)連接CAN總線擴展板的外設接口，根據(jù)12位基地址比較模塊(13)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號對連接的外設設備進行開關選擇。2.如權利要求1所述的CAN總線擴展板，其特征在于，PC104總線接口(5)連接所述FLASH結構FPGA芯片(I)，CAN總線接口( 6)連接所述CAN總線物理芯片(3)。3.如權利要求1或2所述的CAN總線擴展板，其特征在于，所述CAN總線擴展板還包括用于抗外部干擾信號的光耦隔離電路(4)。
【文檔編號】G05B19/042GK205507453SQ201620257336
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】戈亮, 楊柳濤, 曹云峰, 鐘欣
【申請人】上海船舶運輸科學研究所