CN106209841A - 一种can fd通信协议验证系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CAN FD通信协议验证系统，包括：模块联动层，状态联动层，信号联动层。本发明采用三层架构模型实现整体协议框架的CAN FD软核，在保证与标准CAN FD协议完全兼容的同时，方便针对特定应用需要对协议进行改良，既保证了CAN FD协议整体的稳定性，也使得CAN FD协议任意特性能够通过VHDL语言快速修改，进而通过本验证系统立刻进行验证。本发明独创基于FPGA的CAN FD星型电信号交换节点软核，省去了双绞线、光纤等传输介质，降低验证成本，简化验证工序，提高验证结果可靠性，CAN FD控制器节点能够通过引脚直接连接CAN FD星型电信号交换节点。

Description

一种CAN FD通信协议验证系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种CAN FD通信协议验证系统。

背景技术

微波作为一种具有独特作用机理的新型热源，在物料烘干、高温烧结、冶炼萃取等方面具有天然优势，在食品、农业、轻工、化学等领域得到广泛应用。以微波作为热源的褐煤干燥生产线相较于传统的对流干燥，具有安全高效节能环保等显著优势。根据南京三乐公司微波褐煤干燥生产线的实际需求，设计了目前的微波功率分布式控制系统。该分布式控制系统通过 CAN 总线连接上位机与各分布于生产线上的嵌入式控制器节点从而实现数据交换，作为业界公认的最有前途的现场总线，CAN总线能有效支持这种分布式、实时控制系统，更重要的是，CAN总线协议特有的非破坏性仲裁技术、高效的错误检测能力以及可靠的编码机制。在微波干燥生产线的高实时性要求和强电磁场环境下能够有效地保证数据传输质量。随着研究的不断进展，控制系统对总线传输性能的要求不断提高。首先将 CAN 总线传输介质由双绞线替换为光纤，有效地提高信号传输过程中抗强电磁场干扰能力，但由此增加的光电转换模块将在信号回路中增加约300ns的总延时，此时要达到1Mbps的CAN 2.0协议极限传输速度，CAN网络的尺寸必须限制在直径10米以内，而生产线长度远超过10米。因此CAN总线传输速度将比原来降低。另一方面，上位机及各嵌入式控制器增加了新的功率智能协调控制算法，需要接收更精确、更丰富、更及时的生产线上数据并及时发布功率控制命令；与此对应的，生产线沿线上需加装更多高精度传感器，回传更加密集的数据；节点之间为实现协调配合也会进一步增加传输数据量。以上两点都要求现场总线能提供更高效、准确的数据传输服务，而一个标准的 CAN 2.0数据帧中最多能携带 8 字节数据，其冗余信息约占帧长的46%，且实际应用速度远低于设计最高速度的1 Mbps，相较之下，BOSCH 公司发布的CAN 2.0协议的升级协议：CAN-FD（CAN with Flexible Data rate）协议，其传输速率能够轻易超过1 Mbps，且冗余信息可缩小至仅占帧长的11%，CAN FD改进后的编码方式错误漏检率在CAN 2.0 的基础上又下降了5个数量级，能够满足当下及未来的升级需求。因此，依据该分布式控制系统的实际需求而设计可集成于项目嵌入式控制板卡的基于 FPGA的CAN FD控制器，具有实际的工程意义。

现有的CAN FD通信协议验证系统存在不能用对不同工业应用需求，测试效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CAN FD通信协议验证系统，旨在解决现有的CAN FD通信协议验证系统存在不能用对不同工业应用需求，测试效率低的问题。

本发明是这样实现的，一种CAN FD通信协议验证系统，所述CAN FD通信协议验证系统包括：

模块联动层，用于模块联动层，用于实现CAN FD协议功能的有效区隔、划分；

状态联动层，用于负责全局状态控制及转换；

信号联动层，用于实现顶层信号即仿真引脚、对应于模块联动层的交互信号和子模块信号的处理。

进一步，所述模块联动层包括：

total state engine单元、Receiver manager单元、Send Manager单元、Clockcoordinator单元、Error Manager单元、Register set单元、Interface Controller单元。

进一步，所述状态联动层包括：

total state engine单元，用于负责全局状态控制及转换；

state matching单元，用于采用多对一或一对一的方式与total state engine单元相对应。

进一步，所述total state engine单元与各state matching单元拥有各自独立的状态转移条件；state matching单元的状态采用多对一或一对一的方式与total stateengine单元相对应。

进一步，所述信号联动层分为3种信号类型，顶层信号即仿真引脚；模块信号，对应于模块联动层的交互信号；子模块信号，用于模块内部使用。

进一步，所述CAN FD 控制器节点通过引脚直接连接CAN FD星型电信号交换节点；

所述CAN FD星型电信号交换节点包括：

智能线与交换模块，CAN FD星型电信号交换节点连接CAN FD控制器的发送端和接收端，用于在交换节点内部完成信号交换；

单节点错误统计模块，所有CAN FD节点都通过总线链接，用于区分并记录单个节点的错误情况；

错误模拟模块，用于模拟位错误、填充错误、CRC错误、格式错误、ACK错误，并对单个节点的反应进行监测和记录；

总线复位启动模块，通过与CAN FD星型电信号交换节点直接连接，用于对新加入节点进行总线复位启动。

本发明提供的CAN FD通信协议验证系统，采用独创的三层架构模型实现整体协议框架的CAN FD软核，在保证与标准CAN FD协议完全兼容的同时，方便针对特定应用需要对协议进行改良。本发明通过三层架构搭建立体CAN FD框架，既保证了CAN FD协议整体的稳定性，也使得CAN FD协议任意特性能够通过VHDL语言快速修改，进而通过本验证系统立刻进行验证。

本发明独创基于FPGA的CAN FD星型电信号交换节点软核，省去了双绞线、光纤等传输介质，降低验证成本，简化验证工序，提高验证结果可靠性，CAN FD 控制器节点能够通过引脚直接连接CAN FD星型电信号交换节点；智能线与交换模块在交换节点内部完成信号交换，确保信号传输无误，无需任何传输介质，避免了传输介质可靠性、延时等对通信协议的实际质量的影响；单节点错误统计模块，能够区分并记录单个节点的错误情况，有利于比较各改进协议的优劣；错误模拟模块，能够模拟位错误、填充错误、CRC错误、格式错误、ACK错误，并对单个节点的反应进行监测和记录，弥补了目前市面上的CAN FD应用工具，没有能够提供错误模拟功能的空白；总线复位启动模块，接入普通网络的CANFD节点是无法自己进行总线复位启动的，而通过与CAN FD星型电信号交换节点直接连接，CAN FD星型电信号交换节点能够在不影响其他节点通信的情况下对新加入节点进行总线复位启动。

附图说明

图1是本发明实施例提供的CAN FD通信协议验证系统结构示意图。

图2是本发明实施例提供的CAN FD星型电信号交换节点结构示意图。

图中：1、模块联动层；2、状态联动层；3、信号联动层；4、智能线与交换模块；5、单节点错误统计模块；6、错误模拟模块；7、总线复位启动模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发实施例的CAN FD通信协议验证系统包括：模块联动层1、状态联动层2、信号联动层3。

模块联动层1，用于实现CAN FD协议功能的有效区隔、划分，减少模块间信号冗余，增加单个模块内部功能实现的灵活性。

模块联动层1包括：total state engine单元、Receiver manager单元、SendManager单元、Clock coordinator单元、Error Manager单元、Register set单元、Interface Controller单元。

状态联动层2，由total state engine单元负责全局状态控制及转换，每个模块内部再设置独立state matching单元；专门为状态联动层的total state engine单元与各state matching单元设计了一套状态联动机制，即total state engine单元与各statematching单元拥有各自独立的状态转移条件，但同时，为便于管理，state matching单元的状态采用多对一或一对一的方式与total state engine单元相对应，确保了整体状态的协调统一，也保证了各模块状态转换的灵活性。

信号联动层3，分为3种信号类型，一是顶层信号即仿真引脚；二是模块信号，对应于模块联动层的交互信号；三是子模块信号，用于模块内部使用。

通过三层架构搭建立体CAN FD框架，既保证了CAN FD协议整体的稳定性，也使得CAN FD协议任意特性能够通过VHDL语言快速修改，进而通过本验证系统立刻进行验证。

本发明实施例的基于FPGA的CAN FD星型电信号交换节点软核，省去了双绞线、光纤等传输介质，降低验证成本，简化验证工序，提高验证结果可靠性。CAN FD 控制器节点能够通过引脚直接连接CAN FD星型电信号交换节点，结构如图2所示，CAN FD星型电信号交换节点具有的独创功能包括：

智能线与交换模块，CAN FD星型电信号交换节点连接CAN FD控制器的发送端和接收端，在交换节点内部完成信号交换，确保信号传输无误，无需任何传输介质，避免了传输介质可靠性、延时等对通信协议的实际质量的影响。

单节点错误统计模块，在普通的CAN FD通信系统中，所有CAN FD节点都通过总线链接，错误统计指标只有两个，及主发送误计数和接收错误计数，且无法判断引起错误的是节点自身还是其他节点还是传输过程中出错，本验证系统通过独特的CAN FD星型电信号交换节点，能够区分并记录单个节点的错误情况，有利于比较各改进协议的优劣。

错误模拟模块，能够模拟位错误、填充错误、CRC错误、格式错误、ACK错误，并对单个节点的反应进行监测和记录，目前市面上的CAN FD应用工具，没有能够提供错误模拟功能。

总线复位启动模块，接入普通网络的CANFD节点是无法自己进行总线复位启动的，而通过与CAN FD星型电信号交换节点直接连接，CAN FD星型电信号交换节点能够在不影响其他节点通信的情况下对新加入节点进行总线复位启动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种CAN FD通信协议验证系统，其特征在于，所述CAN FD通信协议验证系统包括：

模块联动层，用于实现CAN FD协议功能的有效区隔、划分；

状态联动层，用于负责全局状态控制及转换；

信号联动层，用于实现顶层信号即仿真引脚、对应于模块联动层的交互信号和子模块信号的处理。

2.如权利要求1所述的CAN FD通信协议验证系统，其特征在于，所述模块联动层包括：

total state engine单元、Receiver manager单元、Send Manager单元、Clockcoordinator单元、Error Manager单元、Register set单元、Interface Controller单元。

3.如权利要求1所述的CAN FD通信协议验证系统，其特征在于，所述状态联动层包括：

total state engine单元，用于负责全局状态控制及转换；

state matching单元，用于采用多对一或一对一的方式与total state engine单元相对应。

4.如权利要求3所述的CAN FD通信协议验证系统，其特征在于，所述total stateengine单元与各state matching单元拥有各自独立的状态转移条件；state matching单元的状态采用多对一或一对一的方式与total state engine单元相对应。

5.如权利要求1所述的CAN FD通信协议验证系统，其特征在于，所述信号联动层分为3种信号类型，顶层信号即仿真引脚；模块信号，对应于模块联动层的交互信号；子模块信号，用于模块内部使用。

6.如权利要求1所述的CAN FD通信协议验证系统，其特征在于，所述CAN FD 控制器节点通过引脚直接连接CAN FD星型电信号交换节点；

所述CAN FD星型电信号交换节点包括：

智能线与交换模块，CAN FD星型电信号交换节点连接CAN FD控制器的发送端和接收端，用于在交换节点内部完成信号交换；

单节点错误统计模块，所有CAN FD节点都通过总线链接，用于区分并记录单个节点的错误情况；

错误模拟模块，用于模拟位错误、填充错误、CRC错误、格式错误、ACK错误，并对单个节点的反应进行监测和记录；

总线复位启动模块，通过与CAN FD星型电信号交换节点直接连接，用于对新加入节点进行总线复位启动。