CN109710554B - Fc-ae-1553总线与can总线非透明桥接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种FC‑AE‑1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其中，包含：NC端、NT端和被控制设备；NC端由控制器和FC‑AE‑1553模块构成；NT设备包括ARM处理器、FPGA、CAN收发器模块、网络变压器和光纤通讯模块；ARM处理器与FPGA使用PCIe进行高速数据互通，FPGA内嵌IP核形式实现CAN通讯接口，运行时间通过FC‑AE‑1553对时协议进行时间同步。本发明在特定情况下将低速短距离实时控制总线与高速总线桥接，可以满足控制信息的长距离传输，电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用和高低速总线相互转换的应用。能够满足电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用,和高低速总线相互转换的应用。

Description

FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统
技术领域
本发明涉及一种总线通信技术，特别涉及一种FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统。
背景技术
在工业领域、汽车领域、医疗领域等复杂系统中，使用了大量的电子总线，用于传输数据，传输控制信号。例如CAN总线，在SAE J1939 协议中，定义了车速、转速、EPS、安全带、发动机严重故障，发动机一般故障等重要信息的应用方式。CAN总线通信距离最远可达10KM(在通信速率不高于5Kbps)速率可达到1Mbps(在通信距离不高于40M)。很多工业控制中也借用了CAN总线，但是CAN总线因为其协议，在理想环境在1Mbps工作频率下传输距离最大不超40M，通讯距离短，很难让使用者远程使用，监控。常见的高速通讯总线因其数据量大，传输距离因传输介质而定，最远传输距离甚至达到5公里，但是实时控制能力不强。选择FC-AE-1553总线传输，可以保证控制实时性的同时，可以在1/2/4/8G通讯速率下传输，保证通讯的速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其中，包含：NC端、NT端和被控制设备；NC端由控制器和FC-AE-1553模块构成；NT设备包括ARM处理器、FPGA、CAN收发器模块、网络变压器和光纤通讯模块；ARM处理器与FPGA使用PCIe进行高速数据互通，FPGA内嵌IP核形式实现CAN通讯接口，运行时间通过 FC-AE-1553对时协议进行时间同步；设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553，初始化CAN，NC端发送状态查询帧，NT端接收数据放入环形缓冲队列内，FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将其转换为CAN数据，被控设备接收NT端的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息，同时返回状态信息，当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后，首先根据报文标识判断帧的类型，从而确定转发通道为CAN，解析NC数据帧的位号得到转发数据的 CAN通道号；同时通过NC数据帧的数据参数字段，参考CAN协议得出CAN数据帧的ID号；依据通信双方的协议规定，CAN数据帧的数据段内容可由NC数据帧的指令内容解析得到；之后调用CAN发送函数将解析得出的CAN数据帧发送至后端的被控制设备，进行后续的动作与反馈。
根据本发明的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统的一实施例，其中，NT处理器采用ARM处理器采用NXP公司QorlQ系列 LS2088A芯片。
根据本发明的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统的一实施例，其中，FC-AE-1553选用FPGA-IP核实现，用PCIe Gen3.0X4 与ARM控制器进行数据互通。
根据本发明的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统的一实施例，其中，FPGA为Xilinx公司K7系列可编程逻辑器件。
根据本发明的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统的一实施例，其中，FPGA的GPIO端口连接光电耦合器，将FPGA与外部 IO控制进行光电隔离，以控制电平方式驱动的控制信号。
根据本发明的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统的一实施例，其中CAN控制器选用FPGA内部集成IP核作为控制器和 ADM3053作为收发器，输出链路CAN-H和CAN-L与控制系统进行磁隔离，并在链路并NUP2105进行ESD保护。
根据本发明的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统的一实施例，其中，CAN数据帧的扩展帧标志位、数据长度以及远程帧标志位根据需求自行赋值。
根据本发明的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统的一实施例，其中，控制器是X86架构处理器或ARM处理器。
本发明在特定情况下将低速短距离实时控制总线与高速总线桥接，可以满足控制信息的长距离传输，电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用和高低速总线相互转换的应用。能够满足电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用,和高低速总线相互转换的应用。
附图说明
图1所示为本发明一种FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统使用方式框图；
图2所示为NT部分的构成图；
图3所示为CAN功能FPGA实现示意图；
图4所示为CAN功能FPGA实现示意图；
图5所示为具体工作原理图；
图6所示为NT具体实现方法结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1所示为本发明一种基于高性能嵌入式处理器和FPGA的 FC-AE-1553转CAN非透明桥接系统使用方式框图，如图1所示，本发明一种基于高性能嵌入式处理器和FPGA的FC-AE-1553转CAN非透明桥接系统包含：NC(FC-AE-1553网络控制端)，NT(FC-AE-1553转CAN设备)，和被控制设备。NC由控制器和FC-AE-1553模块构成,控制器可以是X86架构处理器，ARM处理器，或者其他种类处理器。
图2所示为NT部分的构成图，如图2所示，NT由ARM处理器， FPGA，CAN收发器模块，网络变压器和光纤通讯模块构成。ARM处理器与FPGA使用PCIe进行高速数据互通。CAN通讯接口采用FPGA 内嵌IP核形式实现，CAN通讯接口采用FPGA内嵌IP核形式实现。运行时间通过FC-AE-1553对时协议进行时间同步。
图3所示为CAN功能FPGA实现示意图，图4所示为CAN功能 FPGA实现示意图，图5所示为具体工作原理图，如图3至图5所示，设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553功能，初始化CAN 功能。NC发送状态查询帧。NT端接收数据放入环形缓冲队列内。 FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将其转换为CAN数据。被控设备接收NT的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息。同时返回状态信息。当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后，首先根据报文标识判断帧的类型，从而确定转发通道为CAN，解析NC数据帧的位号可得到转发数据的CAN通道号；同时通过NC数据帧的数据参数字段，参考CAN协议可得出CAN数据帧的ID号；依据通信双方的协议规定，CAN数据帧的数据段内容可由NC数据帧的指令内容解析得到；其中CAN数据帧的扩展帧标志位、数据长度以及远程帧标志位可根据需求自行赋值。之后调用CAN发送函数即可将解析得出的CAN数据帧发送至后端的被控制设备，进行后续的动作与反馈。
图6所示为NT具体实现方法结构框图，如图6所示，NT处理器采用ARM处理器采用NXP公司QorlQ系列LS2088A芯片，8核心 Cortex-A72，工作频率2.0GHz，数据处理能力300Gflops以上。保证系统在数据处理，多任务调度的处理能力。芯片内部集成的控制器，也可以保证接口满足实现本发明。
FC-AE-1553选用FPGA-IP核实现，用PCIe Gen3.0X4与ARM控制器进行数据互通，FPGA使用Xilinx公司K7系列可编程逻辑器件，内部集成了FC-AE-1553双冗余控制器和PCIeGen3.0控制器软核，软核内部逻辑连接FPGA集成的GTX高速收发器实现对应功能。FPGA的GPIO端口连接光电耦合器，将FPGA与外部IO控制进行光电隔离，可以控制电平方式驱动的控制信号。
CAN控制器选用SJA1000和ADM3053作为控制器和收发器，输出链路CAN-H和CAN-L与控制系统进行磁隔离，并在链路并NUP2105 进行ESD保护，保证CAN功能的可靠性。
本发明FC-AE-1553通过FPGA处理，将数据通过PCIe与控制器连接，处理器对数据进行处理，CAN接口接收数据ARM接收，ARM 先做处理，然后通过FC-AE-1553传送至远端控制终端。设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553功能，初始化CAN功能。NC发送状态查询帧。NT端接收数据放入环形缓冲队列内。FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将其转换为CAN数据。被控设备接收NT的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息。同时返回状态信息。FC-AE-1553转换CAN的帧间转换流程中，定义 FC-AE-1553帧中位号为CAN通道号，数据参数定义为CAN的ID号，指针内容定义为CAN的数据段。没戏转换将FC-AE-1553数据填入 CAN帧中。
本发明在特定情况下将低速短距离实时控制总线与高速总线桥接，可以满足控制信息的长距离传输，电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用和高低速总线相互转换的应用。能够满足电子系统在总线高速通讯是远程控制中的应用,和高低速总线相互转换的应用。
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 (7)

1.一种FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其特征在于，包含：NC端、NT端和被控制设备；NC端由控制器和FC-AE-1553模块构成；
NT设备包括ARM处理器、FPGA、CAN收发器模块、网络变压器和光纤通讯模块；ARM处理器与FPGA使用PCIe进行高速数据互通，FPGA内嵌IP核形式实现CAN通讯接口，运行时间通过FC-AE-1553对时协议进行时间同步；
设备加电后，先加载PCIe驱动，初始化FC-AE-1553，初始化CAN，NC端发送状态查询帧，NT端接收数据放入环形缓冲队列内，FC-AE-1553模块将环形缓冲队列中的数据取出，根据内容将其转换为CAN数据，被控设备接收NT端的数据后，执行相应动作，并反馈确认信息，同时返回状态信息，当NT端接收到来自NC端发送的数据帧后，首先根据报文标识判断帧的类型，从而确定转发通道为CAN，解析NC数据帧的位号得到转发数据的CAN通道号；同时通过NC数据帧的数据参数字段，参考CAN协议得出CAN数据帧的ID号；依据通信双方的协议规定，CAN数据帧的数据段内容可由NC数据帧的指令内容解析得到；之后调用CAN发送函数将解析得出的CAN数据帧发送至后端的被控制设备，进行后续的动作与反馈。
2.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其特征在于，NT处理器采用ARM处理器,通过处理器进行数据处理将FC-AE-1553数据与CAN数据相互转换。
3.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其特征在于，FC-AE-1553选用FPGA-IP核实现，用PCIe与ARM控制器进行数据互通。
4.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其特征在于，FPGA内部集成FC-AE-1553控制器和CAN控制器。
5.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其特征在于，CAN控制器选用FPGA内部集成IP核作为控制器和ADM3053作为收发器，输出链路CAN-H和CAN-L与控制系统进行磁隔离，并在链路并NUP2105进行ESD保护。
6.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其特征在于，CAN数据帧的扩展帧标志位、数据长度以及远程帧标志位根据需求自行赋值。
7.如权利要求1所述的FC-AE-1553总线与CAN总线非透明桥接系统，其特征在于，控制器是X86架构处理器或ARM处理器。
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