本發(fā)明屬于通信技術領域，尤其涉及一種CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)。

背景技術：

微波作為一種具有獨特作用機理的新型熱源，在物料烘干、高溫燒結、冶煉萃取等方面具有天然優(yōu)勢，在食品、農(nóng)業(yè)、輕工、化學等領域得到廣泛應用。以微波作為熱源的褐煤干燥生產(chǎn)線相較于傳統(tǒng)的對流干燥，具有安全高效節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)勢。根據(jù)南京三樂公司微波褐煤干燥生產(chǎn)線的實際需求，設計了目前的微波功率分布式控制系統(tǒng)。該分布式控制系統(tǒng)通過 CAN 總線連接上位機與各分布于生產(chǎn)線上的嵌入式控制器節(jié)點從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，作為業(yè)界公認的最有前途的現(xiàn)場總線，CAN總線能有效支持這種分布式、實時控制系統(tǒng)，更重要的是，CAN總線協(xié)議特有的非破壞性仲裁技術、高效的錯誤檢測能力以及可靠的編碼機制。在微波干燥生產(chǎn)線的高實時性要求和強電磁場環(huán)境下能夠有效地保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。隨著研究的不斷進展，控制系統(tǒng)對總線傳輸性能的要求不斷提高。首先將 CAN 總線傳輸介質(zhì)由雙絞線替換為光纖，有效地提高信號傳輸過程中抗強電磁場干擾能力，但由此增加的光電轉(zhuǎn)換模塊將在信號回路中增加約300ns的總延時，此時要達到1Mbps的CAN 2.0協(xié)議極限傳輸速度，CAN網(wǎng)絡的尺寸必須限制在直徑10米以內(nèi)，而生產(chǎn)線長度遠超過10米。因此CAN總線傳輸速度將比原來降低。另一方面，上位機及各嵌入式控制器增加了新的功率智能協(xié)調(diào)控制算法，需要接收更精確、更豐富、更及時的生產(chǎn)線上數(shù)據(jù)并及時發(fā)布功率控制命令；與此對應的，生產(chǎn)線沿線上需加裝更多高精度傳感器，回傳更加密集的數(shù)據(jù)；節(jié)點之間為實現(xiàn)協(xié)調(diào)配合也會進一步增加傳輸數(shù)據(jù)量。以上兩點都要求現(xiàn)場總線能提供更高效、準確的數(shù)據(jù)傳輸服務，而一個標準的 CAN 2.0數(shù)據(jù)幀中最多能攜帶 8 字節(jié)數(shù)據(jù)，其冗余信息約占幀長的46%，且實際應用速度遠低于設計最高速度的1 Mbps，相較之下，BOSCH 公司發(fā)布的CAN 2.0協(xié)議的升級協(xié)議：CAN-FD（CAN with Flexible Data rate）協(xié)議，其傳輸速率能夠輕易超過1 Mbps，且冗余信息可縮小至僅占幀長的11%，CAN FD改進后的編碼方式錯誤漏檢率在CAN 2.0 的基礎上又下降了5個數(shù)量級，能夠滿足當下及未來的升級需求。因此，依據(jù)該分布式控制系統(tǒng)的實際需求而設計可集成于項目嵌入式控制板卡的基于 FPGA 的CAN FD控制器，具有實際的工程意義。

現(xiàn)有的CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)存在不能用對不同工業(yè)應用需求，測試效率低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)存在不能用對不同工業(yè)應用需求，測試效率低的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)，所述CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)包括：

模塊聯(lián)動層，用于模塊聯(lián)動層，用于實現(xiàn)CAN FD協(xié)議功能的有效區(qū)隔、劃分；

狀態(tài)聯(lián)動層，用于負責全局狀態(tài)控制及轉(zhuǎn)換；

信號聯(lián)動層，用于實現(xiàn)頂層信號即仿真引腳、對應于模塊聯(lián)動層的交互信號和子模塊信號的處理。

進一步，所述模塊聯(lián)動層包括：

total state engine單元、Receiver manager單元、Send Manager單元、Clock coordinator單元、Error Manager單元、Register set單元、Interface Controller單元。

進一步，所述狀態(tài)聯(lián)動層包括：

total state engine單元，用于負責全局狀態(tài)控制及轉(zhuǎn)換；

state matching單元，用于采用多對一或一對一的方式與total state engine單元相對應。

進一步，所述total state engine單元與各state matching單元擁有各自獨立的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件；state matching單元的狀態(tài)采用多對一或一對一的方式與total state engine單元相對應。

進一步，所述信號聯(lián)動層分為3種信號類型，頂層信號即仿真引腳；模塊信號，對應于模塊聯(lián)動層的交互信號；子模塊信號，用于模塊內(nèi)部使用。

進一步，所述CAN FD 控制器節(jié)點通過引腳直接連接CAN FD星型電信號交換節(jié)點；

所述CAN FD星型電信號交換節(jié)點包括：

智能線與交換模塊，CAN FD星型電信號交換節(jié)點連接CAN FD控制器的發(fā)送端和接收端，用于在交換節(jié)點內(nèi)部完成信號交換；

單節(jié)點錯誤統(tǒng)計模塊，所有CAN FD節(jié)點都通過總線鏈接，用于區(qū)分并記錄單個節(jié)點的錯誤情況；

錯誤模擬模塊，用于模擬位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤、ACK錯誤，并對單個節(jié)點的反應進行監(jiān)測和記錄；

總線復位啟動模塊，通過與CAN FD星型電信號交換節(jié)點直接連接，用于對新加入節(jié)點進行總線復位啟動。

本發(fā)明提供的CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)，采用獨創(chuàng)的三層架構模型實現(xiàn)整體協(xié)議框架的CAN FD軟核，在保證與標準CAN FD協(xié)議完全兼容的同時，方便針對特定應用需要對協(xié)議進行改良。本發(fā)明通過三層架構搭建立體CAN FD框架，既保證了CAN FD協(xié)議整體的穩(wěn)定性，也使得CAN FD協(xié)議任意特性能夠通過VHDL語言快速修改，進而通過本驗證系統(tǒng)立刻進行驗證。

本發(fā)明獨創(chuàng)基于FPGA的CAN FD星型電信號交換節(jié)點軟核，省去了雙絞線、光纖等傳輸介質(zhì)，降低驗證成本，簡化驗證工序，提高驗證結果可靠性，CAN FD 控制器節(jié)點能夠通過引腳直接連接CAN FD星型電信號交換節(jié)點；智能線與交換模塊在交換節(jié)點內(nèi)部完成信號交換，確保信號傳輸無誤，無需任何傳輸介質(zhì)，避免了傳輸介質(zhì)可靠性、延時等對通信協(xié)議的實際質(zhì)量的影響；單節(jié)點錯誤統(tǒng)計模塊，能夠區(qū)分并記錄單個節(jié)點的錯誤情況，有利于比較各改進協(xié)議的優(yōu)劣；錯誤模擬模塊，能夠模擬位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤、ACK錯誤，并對單個節(jié)點的反應進行監(jiān)測和記錄，彌補了目前市面上的CAN FD應用工具，沒有能夠提供錯誤模擬功能的空白；總線復位啟動模塊，接入普通網(wǎng)絡的CANFD節(jié)點是無法自己進行總線復位啟動的，而通過與CAN FD星型電信號交換節(jié)點直接連接，CAN FD星型電信號交換節(jié)點能夠在不影響其他節(jié)點通信的情況下對新加入節(jié)點進行總線復位啟動。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)結構示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的CAN FD星型電信號交換節(jié)點結構示意圖。

圖中：1、模塊聯(lián)動層；2、狀態(tài)聯(lián)動層；3、信號聯(lián)動層；4、智能線與交換模塊；5、單節(jié)點錯誤統(tǒng)計模塊；6、錯誤模擬模塊；7、總線復位啟動模塊。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結合附圖對本發(fā)明的應用原理作詳細的描述。

如圖1所示，本發(fā)實施例的CAN FD通信協(xié)議驗證系統(tǒng)包括：模塊聯(lián)動層1、狀態(tài)聯(lián)動層2、信號聯(lián)動層3。

模塊聯(lián)動層1，用于實現(xiàn)CAN FD協(xié)議功能的有效區(qū)隔、劃分，減少模塊間信號冗余，增加單個模塊內(nèi)部功能實現(xiàn)的靈活性。

模塊聯(lián)動層1包括：total state engine單元、Receiver manager單元、Send Manager單元、Clock coordinator單元、Error Manager單元、Register set單元、Interface Controller單元。

狀態(tài)聯(lián)動層2，由total state engine單元負責全局狀態(tài)控制及轉(zhuǎn)換，每個模塊內(nèi)部再設置獨立state matching單元；專門為狀態(tài)聯(lián)動層的total state engine單元與各state matching單元設計了一套狀態(tài)聯(lián)動機制，即total state engine單元與各state matching單元擁有各自獨立的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，但同時，為便于管理，state matching單元的狀態(tài)采用多對一或一對一的方式與total state engine單元相對應，確保了整體狀態(tài)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，也保證了各模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換的靈活性。

信號聯(lián)動層3，分為3種信號類型，一是頂層信號即仿真引腳；二是模塊信號，對應于模塊聯(lián)動層的交互信號；三是子模塊信號，用于模塊內(nèi)部使用。

通過三層架構搭建立體CAN FD框架，既保證了CAN FD協(xié)議整體的穩(wěn)定性，也使得CAN FD協(xié)議任意特性能夠通過VHDL語言快速修改，進而通過本驗證系統(tǒng)立刻進行驗證。

本發(fā)明實施例的基于FPGA的CAN FD星型電信號交換節(jié)點軟核，省去了雙絞線、光纖等傳輸介質(zhì)，降低驗證成本，簡化驗證工序，提高驗證結果可靠性。CAN FD 控制器節(jié)點能夠通過引腳直接連接CAN FD星型電信號交換節(jié)點，結構如圖2所示，CAN FD星型電信號交換節(jié)點具有的獨創(chuàng)功能包括：

智能線與交換模塊，CAN FD星型電信號交換節(jié)點連接CAN FD控制器的發(fā)送端和接收端，在交換節(jié)點內(nèi)部完成信號交換，確保信號傳輸無誤，無需任何傳輸介質(zhì)，避免了傳輸介質(zhì)可靠性、延時等對通信協(xié)議的實際質(zhì)量的影響。

單節(jié)點錯誤統(tǒng)計模塊，在普通的CAN FD通信系統(tǒng)中，所有CAN FD節(jié)點都通過總線鏈接，錯誤統(tǒng)計指標只有兩個，及主發(fā)送誤計數(shù)和接收錯誤計數(shù)，且無法判斷引起錯誤的是節(jié)點自身還是其他節(jié)點還是傳輸過程中出錯，本驗證系統(tǒng)通過獨特的CAN FD星型電信號交換節(jié)點，能夠區(qū)分并記錄單個節(jié)點的錯誤情況，有利于比較各改進協(xié)議的優(yōu)劣。

錯誤模擬模塊，能夠模擬位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、格式錯誤、ACK錯誤，并對單個節(jié)點的反應進行監(jiān)測和記錄，目前市面上的CAN FD應用工具，沒有能夠提供錯誤模擬功能。

總線復位啟動模塊，接入普通網(wǎng)絡的CANFD節(jié)點是無法自己進行總線復位啟動的，而通過與CAN FD星型電信號交換節(jié)點直接連接，CAN FD星型電信號交換節(jié)點能夠在不影響其他節(jié)點通信的情況下對新加入節(jié)點進行總線復位啟動。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。