CN105208034A - 一种spi总线与can总线协议转换电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SPI总线与CAN总线协议转换电路，包括SPI模块、CAN模块、实现SPI数据与CAN总线数据透明转换的协议转换单元以及对SPI模块与CAN模块进行初始化管理的逻辑控制管理单元。本发明还公开了一种SPI总线与CAN总线协议转换方法：若要发送CAN数据，则通过SPI模块写入要发送的信息，通过协议转换单元将SPI数据转换成CAN数据从TX端口发送出去。将CAN总线数据转换为SPI数据传输时，协议转换单元将接收到的CAN数据进行转换后存入CAN模块的接收缓冲器中，SPI模块将CAN接收缓冲器中的数据读出存入SPI模块的接收FIFO中，并通过一定的数据格式从SDO端口发送出去。

Description

一种SPI总线与CAN总线协议转换电路及方法
技术领域
本发明涉及一种SPI总线与CAN总线协议转换电路，还涉及一种SPI总线与CAN总线协议转换方法，属于总线转换技术领域。
背景技术
随着工业现代化的程度越来越高，现场总线技术在工业控制领域起着越来越重要的作用。然而，为了使工业控制组网变得更加灵活，同一个网络中有时会需要多种不同的总线，使得不同总线协议之间的转换成为工业控制领域中一项关键技术。而SPI总线是嵌入式系统应用中非常广泛的接口标准，许多器件厂家都使用该标准，主要原因是SPI总线使用处理器引脚少，传输速度快，同一SPI总线上可挂接多个SPI接口等。在一些嵌入式单片微型计算机应用系统中，在可用极少引脚的前提下，利用SPI总线与CAN总线转换方法是一种既经济又方便的接口扩展方法。
目前，研究SPI总线与CAN总线的转换方法有很多，但都是需要专用CPU进行SPI协议与CAN总线协议控制转换，一般均采用多个芯片模块化实现，类似于工控机处理方式，存在电路体积大，成本高，应用不灵活的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种SPI总线与CAN总线协议转换电路，解决现有技术中SPI总线与CAN总线转换需要多个芯片模块化组装实现，导致电路体积大、可靠性低、扩展不灵活等问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种SPI总线与CAN总线协议转换电路，包括SPI模块、CAN模块、实现SPI数据与CAN总线数据透明转换的协议转换单元以及对SPI模块与CAN模块进行初始化管理的逻辑控制管理单元；
所述SPI模块包括SPI移位控制单元、连接在SPI移位控制单元输出端的发送FIFO和连接在SPI移位控制单元输入端的接收FIFO，所述CAN模块包括CAN逻辑控制单元、连接在CAN逻辑控制单元输入端的发送缓冲器和连接在CAN逻辑控制单元输出端的接收缓冲器；
将SPI数据转换为CAN总线数据时，协议转换单元从SPI模块的发送FIFO中读出数据，依据地址信息分别转换为CAN总线帧信息、ID识别码、数据，并存入CAN模块的发送缓冲器中，最终通过CAN逻辑控制单元从TX端口发送CAN报文信息；
将CAN总线数据转换为SPI数据传输时，协议转换单元从CAN模块的接收缓冲器中读出CAN总线数据，并将CAN总线的帧信息、ID识别码、数据依次存入SPI模块的接收FIFO中，协议转换单元对接收FIFO读写信号、地址、数据进行管理，依据SPI数据格式将CAN总线数据转换为串行数据，并在SPI模块时钟SCK、片选SCS信号有效时从串行数据输出端口SDO发送数据。
本发明的另一目的在于提供一种SPI总线与CAN总线协议转换方法，包括如下步骤：
步骤一：通过SPI模块对串行输入数据进行解码，根据相应的地址、数据进行管理，配置CAN模块寄存器，并对电路内部SPI模块的FIFO地址、数据、读写信号进行控制管理；
步骤二：当SPI模块的SDI端口有串行数据输入时，每位数据在串行时钟SCK的上升沿被采样，并进行串行移位转换，将串行数据解码成并行数据，依据解码的地址ADDR将需要传输的数据存入发送FIFO中，并通知CAN模块有数据需要转换传输；
步骤三：CAN模块接收到指令后，从SPI模块的发送FIFO中读出数据，并送入CAN模块的发送缓冲器，依据CAN逻辑控制单元的CAN协议控制逻辑从TX端口发送CAN数据；
步骤四：当CAN模块的RX端口接收到CAN数据后，CAN逻辑控制单元首先将CAN数据解码，依据CAN协议将CAN帧信息、ID识别码、数据存入接收缓冲器，并通知SPI模块有CAN数据需要转换传输；SPI模块接收到指令后，从CAN模块的接收缓冲器读出CAN数据，并存入SPI模块的接收FIFO中，依据SPI协议从串行数据输出端口SDO发送CAN数据。
所述SDI端口输入的串行数据共有16位，其中8位数据DATA，8位地址ADDR。
步骤四中当CAN模块的RX端口接收到CAN数据后，通过内部的验收滤波器、位时序逻辑和位流处理器，将接收到的CAN数据进行转换后存入CAN模块的接收缓冲器中。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明提供的SPI总线与CAN总线协议转换电路是一个集SPI总线接口、CAN总线接口的专用单片集成电路，不需专用的CPU进行控制，按照SPI协议与CAN总线协议自动进行协议转换，控制简单，可靠性高；另外具有电路接口少的优点，只含有SPI与CAN总线的标准接口，既可满足工业控制中不同协议间的转换，也可应用于带有SPI总线与CAN总线的接口扩展领域。
附图说明
图1是本发明提供的SPI总线与CAN总线协议转换电路。
图2是SPI模块传输数据格式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，SPI总线与CAN总线协议转换电路包括逻辑控制管理单元、SPI模块、CAN模块和协议转换单元。SPI模块包括SPI移位控制单元、连接在SPI移位控制单元输出端的发送FIFO和连接在SPI移位控制单元输入端的接收FIFO。CAN模块包括CAN逻辑控制单元、连接在CAN逻辑控制单元输入端的发送缓冲器和连接在CAN逻辑控制单元输出端的接收缓冲器。
下面对SPI总线与CAN总线协议转换电路中各部分的工作原理作进一步详细描述，具体如下：
（1）逻辑控制管理单元
逻辑控制管理单元主要对SPI模块与CAN模块进行初始化管理，通过SPI模块对串行输入数据进行解码，根据相应的地址、数据进行管理，配置CAN模块寄存器，并对电路内部SPI模块的FIFO地址、数据、读写信号进行控制管理。
（2）SPI模块
SPI模块主要对SPI发送、接收数据进行编解码移位控制，总共有四个端口：
SCS：片选信号输入，低有效。
SCK：串行时钟。
SDI：串行数据输入。
SDO：串行数据输出。
SDI输入数据共有16位，其中8位数据DATA，8位地址ADDR，数据格式如图2所示。当SDI端口有串行数据输入时，每位数据在SCK的上升沿被采样，并进行串行移位转换，将16位数据解码成并行数据，依据解码的地址ADDR进行数据管理。若为CAN模块寄存器地址，则进行CAN模块寄存器配置；若为需要转换发送的数据，则存入发送FIFO中。这里需要说明一点，传统的CAN发送缓冲器只能通过写入寄存器进行发送，最多发送8个数据，而该电路可以通过SPI模块数据输入端，将需要发送的数据一次存入发送FIFO中，该FIFO深度最多可存入256个数据，发送完一组CAN报文，可以自动从FIFO中取数发送下一组报文。
（3）CAN模块
CAN模块为标准的CAN发送接收器，功能结构类似于PHILIPS公司的SJA1000控制器。电路上电后，首先通过SPI数据输入端对CAN模块寄存器进行初始化，配置CAN模块的工作状态、总线波特率等寄存器。若要发送CAN数据，则通过SPI模块写入要发送的信息，包括帧信息、ID识别码、数据等，在电路内部通过协议转换单元自动将SPI输入数据转换成CAN数据从TX端口发送出去。
若CAN模块通过RX端口接收CAN报文数据，通过内部的验收滤波器、位时序逻辑和位流处理器，将接收到的CAN数据进行转换后存入CAN模块的接收缓冲器中，并通知SPI模块有数据要处理。SPI模块接收到指令后，将CAN接收缓冲器中的数据读出存入SPI模块的接收FIFO中，并通过一定的数据格式从SDO端口发送出去。SDO发送数据格式与SDI接收数据格式相同，见图2。
（4）协议转换单元
协议转换单元主要实现SPI数据与CAN总线数据之间的透明转换，当SPI输入数据需要转换为CAN总线数据时，协议转换单元从SPI模块的发送FIFO中读出数据，依据地址信息分别转换为CAN总线帧信息、ID识别码、数据等，并存入CAN模块的发送缓冲器中，最终通过CAN模块内部控制逻辑单元从TX端口发送CAN报文信息。
当CAN总线报文需要转换为SPI数据传输时，协议转换单元从CAN模块的接收缓冲器中读出CAN数据，并将CAN总线的帧信息、ID识别码、数据等依次存入SPI模块的接收FIFO中，协议转换单元负责对FIFO读写信号、地址、数据进行管理，依据SPI数据格式将CAN总线数据转换为串行数据，并在SPI模块时钟SCK、片选SCS信号有效时从SDO端口发送数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种SPI总线与CAN总线协议转换电路，其特征在于，包括SPI模块、CAN模块、实现SPI数据与CAN总线数据透明转换的协议转换单元以及对SPI模块与CAN模块进行初始化管理的逻辑控制管理单元；
所述SPI模块包括SPI移位控制单元、连接在SPI移位控制单元输出端的发送FIFO和连接在SPI移位控制单元输入端的接收FIFO，所述CAN模块包括CAN逻辑控制单元、连接在CAN逻辑控制单元输入端的发送缓冲器和连接在CAN逻辑控制单元输出端的接收缓冲器；
将SPI数据转换为CAN总线数据时，协议转换单元从SPI模块的发送FIFO中读出数据，依据地址信息分别转换为CAN总线帧信息、ID识别码、数据，并存入CAN模块的发送缓冲器中，最终通过CAN逻辑控制单元从TX端口发送CAN报文信息；
将CAN总线数据转换为SPI数据传输时，协议转换单元从CAN模块的接收缓冲器中读出CAN总线数据，并将CAN总线的帧信息、ID识别码、数据依次存入SPI模块的接收FIFO中，协议转换单元对接收FIFO读写信号、地址、数据进行管理，依据SPI数据格式将CAN总线数据转换为串行数据，并在SPI模块时钟SCK、片选SCS信号有效时从串行数据输出端口SDO发送数据。
2.一种SPI总线与CAN总线协议转换方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过SPI模块对串行输入数据进行解码，根据相应的地址、数据进行管理，配置CAN模块寄存器，并对电路内部SPI模块的FIFO地址、数据、读写信号进行控制管理；
步骤二：当SPI模块的SDI端口有串行数据输入时，每位数据在串行时钟SCK的上升沿被采样，并进行串行移位转换，将串行数据解码成并行数据，依据解码的地址ADDR将需要传输的数据存入发送FIFO中，并通知CAN模块有数据需要转换传输；
步骤三：CAN模块接收到指令后，从SPI模块的发送FIFO中读出数据，并送入CAN模块的发送缓冲器，依据CAN逻辑控制单元的CAN协议控制逻辑从TX端口发送CAN数据；
步骤四：当CAN模块的RX端口接收到CAN数据后，CAN逻辑控制单元首先将CAN数据解码，依据CAN协议将CAN帧信息、ID识别码、数据存入接收缓冲器，并通知SPI模块有CAN数据需要转换传输；SPI模块接收到指令后，从CAN模块的接收缓冲器读出CAN数据，并存入SPI模块的接收FIFO中，依据SPI协议从串行数据输出端口SDO发送CAN数据。
3.根据权利要求2所述的SPI总线与CAN总线协议转换方法，其特征在于，所述SDI端口输入的串行数据共有16位，其中8位数据DATA，8位地址ADDR。
4.根据权利要求2所述的SPI总线与CAN总线协议转换方法，其特征在于，步骤四中当CAN模块的RX端口接收到CAN数据后，通过内部的验收滤波器、位时序逻辑和位流处理器，将接收到的CAN数据进行转换后存入CAN模块的接收缓冲器中。
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