CN112379658A - 一种片上can控制器调试系统 - Google Patents

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张润曦
刘元
甘亮羽
石春琦
羊靖怡
周洲
李延中
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East China Normal University
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East China Normal University
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
    • G05B23/0213—Modular or universal configuration of the monitoring system, e.g. monitoring system having modules that may be combined to build monitoring program; monitoring system that can be applied to legacy systems; adaptable monitoring system; using different communication protocols

Abstract

本发明公开了一种片上CAN控制器调试系统，该系统由CAN控制器（及其连接到的CAN总线）、UART串口模块、Arm CortexM3内核（及其ITCM、DTCM两块SRAM）、AMBA总线模块（包含AHB总线矩阵、APB互联矩阵以及AHB转APB桥）以及部署于PC的Labview上位机。所述AMBA总线模块将作为主机的Arm CortexM3内核与作为从机的UART串口模块与CAN控制器相连，所述UART模块与Labview上位机相连。本发明的CAN控制器已通过逻辑分析仪进行解析，符合标准的CAN协议，同时可通过Labview上位机对CAN控制器进行应用层的设计，具有可编程、移植性好等特点。

Description

一种片上CAN控制器调试系统
技术领域
本发明属于硬件系统开发领域，具体涉及片上系统设计和IP核开发等。
背景技术
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，在1986年推出，一种面向汽车的多主机局域网通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，现已是汽车网络的标准协议。同时，由于其高性能、高可靠性、实时性等优点，CAN总线也广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门，成为国际标准的现场总线之一。但是目前来讲，市场上可以买到的CAN控制芯片都无法在线调试，即发现数据帧的传输错误就无法调试，也无法定位到错误的环节，传统的去分析CAN控制器的问题都是通过用逻辑分析仪，缺乏可视化的上位机界面。
Cortex-M系列处理器最早在2004年推出，使用短流水线、短周期执行以及低中断延时，广泛部署于嵌入式控制领域，每年出货量在十亿级别，拥有最丰富的软件，工具和知识生态系统的支持。CortexM3处理器在32位处理器领域提供了高性能计算能力，由于集成了软件控制的睡眠模式，广泛的时钟门控和状态保持功能，它还具有领先的系统能效，在工程实践中有着非常广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是针对CAN控制器错误无法进行可视化调试的问题，结合Cortex-M系列控制器提出的一种片上CAN控制器调试系统。通过开发者将自行设计的CAN控制器挂载到由Arm CortexM3及AMBA总线模块所构成的片上系统将CAN控制器的寄存器模块向软件层面开放，并在软件层面对寄存器模块操作的函数封装，随后通过UART串口联合Labview上位机对CAN控制器的功能进行快速验证以及开发。本发明旨在提供一种可编程、移植性好的调试系统，以实现对CAN控制器的快速开发与验证。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种片上CAN控制器调试系统，该系统包括CAN控制器、Arm CortexM3内核、AMBA总线模块、UART串口模块以及Labview上位机，其中：
所述CAN控制器由寄存器模块、位流处理器和位时序处理器组成，所述寄存器模块为CAN控制器的指令、数据配置模块；位流处理器对CAN控制器所连接的CAN总线上的数据进行解析；位时序处理器管理CAN控制器内数据收发时序；CAN控制器通过寄存器模块与AMBA总线模块连接；
所述AMBA总线模块为符合AMBA3.0协议的片上总线，包含一级AHB总线矩阵、一级APB互联矩阵以及一个AHB转APB桥，其中，AHB总线矩阵与APB互联矩阵通过AHB转APB桥连接；APB互联矩阵用来实现外设的挂载；AMBA总线模块为Arm CortexM3内核与外设进行数据交互的通道；
所述Arm CortexM3内核以哈佛结构进行配置，通过I-CODE、D-CODE和SYSTEM三个通道连接到AMBA总线模块上；Arm CortexM3内核的指令与数据分别放置在SRAM ITCM和SRAMDTCM中，所述SRAM ITCM和SRAM DTCM作为从机挂载到所述AMBA总线模块上；
所述UART串口模块作为外设挂载在AMBA总线模块上；
所述Labview上位机通过Labview语言编写，使得具有图形化的CAN控制器操作界面。
所述CAN控制器的寄存器模块与AMBA总线模块进行数据交互，CAN控制器的位流处理器与CAN总线进行数据交互。
所述Labview上位机与外部接口通过UART串口进行通信。
本发明的优点是：
1）本发明可以自由部署软核处理器，并灵活对IP核进行开发和修改。
2）本发明所架构的系统可以快速转化为其他类型的IP核调试系统，应用场景不限。
3）本发明简单实用，功能可编程，移植性好。
附图说明
图1为本发明系统结构框架图；
图2为本发明Labview上位机界面图；
图3为本发明实施例2在发送报文时外接逻辑分析仪测试图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行详细描述。
参阅图1，本发明的一种片上CAN控制器调试系统，该系统包含CAN控制器（及其连接到的CAN总线）、UART串口模块、Arm CortexM3内核（及其ITCM、DTCM两块SRAM）、AMBA总线模块（包含AHB总线矩阵、APB互联矩阵以及AHB转APB桥）以及部署于PC的Labview上位机。其中，所述CAN控制器由寄存器模块、位流处理器和位时序处理器组成。CAN控制器通过寄存器模块储存需要发送的信息、行为参数、工作模式和指令等内容，并对位流处理器、位时序处理器发布工作指令和传输信息；同时，位时序处理器从总线上获取信号，并完成同步、采样，以特定标准交给位流处理器进行包括但不限于数据交互、错误判定、节点状态调整等操作。进一步地，位流处理器在处理信息时记录发生的事件与当前工作状态，进一步返回至寄存器，与上位机进行交互；所述UART串口模块挂载到AMBA总线模块的APB互联矩阵上，将串口的TX和RX两端口映射到板载串口转USB模块上，并通过串口转USB线与PC进行连接；所述ArmCortexM3内核为寄存器传输级代码，并将系统时钟与复位连接至顶层时钟与复位；将其调试接口连接至顶层调试接口；将其3组AHB总线接口分别连接至AHB总线矩阵的3组主机接口上；所述AMBA总线模块包含1级AHB总线矩阵、1级APB互联矩阵以及1个AHB转APB桥。在AHB总线矩阵中，主机为Arm CortexM3内核，从机为SRAM ITCM、SRAM DTCM、AHB转APB同步桥以及AHB同步桥，需在此级总线矩阵中对4个从机做好地址分配。在APB互联矩阵中，从机为CAN控制器模块和UART串口模块；所述Labview上位机主体搭建于VISA通信架构之上，将图形化界面中的点击操作转化为数据通过UART串口模块发送至片上系统，与固化在内核中的程序联合实现对CAN控制器的调试。
实施例1
参阅图1，本实施例由CAN控制器（及其连接到的CAN总线）、UART串口模块、ArmCortexM3内核（及其ITCM、DTCM两块SRAM）、AMBA总线模块（包含AHB总线矩阵、APB互联矩阵以及AHB转APB桥）以及部署于PC的Labview上位机组成。其中，所述CAN控制器由寄存器模块、位流处理器和位时序处理器组成。CAN控制器通过寄存器模块储存需要发送的信息、行为参数、工作模式和指令等内容，并对位流处理器、位时序处理器发布工作指令和传输信息。CAN控制器通过本发明调试系统与AMBA总线模块进行连接；位时序处理器从AMBA总线上获取信号，并完成同步、采样后交给位流处理器进行包括但不限于数据交互、错误判定、节点状态调整等操作。CAN控制器通过本发明调试系统与CAN总线进行连接。位流处理器在处理信息时记录发生的事件与当前工作状态，进一步返回至寄存器模块，与上位机进行交互；所述UART串口模块挂载到AMBA总线模块的APB互联矩阵上，在FPGA设计软件内将串口的TX和RX两端口映射到板载串口转USB模块上，并通过串口转USB线与PC进行连接；所述ArmCortexM3内核为混淆的寄存器传输级代码，在FPGA构造顶层时将其调用，并将系统时钟与复位连接至顶层时钟与复位；将其调试接口连接至顶层调试接口；将其3组AHB总线接口分别连接至AHB总线矩阵的3组主机接口上；所述AMBA总线模块包含1级AHB总线矩阵、1级APB互联矩阵以及1个AHB转APB桥。在AHB总线矩阵中，主机为Arm CortexM3内核，从机为ITCMSRAM、DTCM SRAM、AHB转APB同步桥以及AHB同步桥，需在此级总线矩阵中对4个从机做好地址分配。在APB互联矩阵中，从机为CAN控制器模块和UART串口模块；所述Labview上位机主体搭建于VISA通信架构之上，将图形化界面中的点击操作转化为数据通过UART串口模块发送至片上系统。
本系统具体工作如下：
步骤S1：上电，片上系统各模块正常工作；
步骤S2：通过Arm CortexM3的调试端口进入调试模式，将编译好的keil程序固化到内核中并进行硬复位，Labview上位机将接收到初始化信息；
步骤S3：通过Labview上位机设置波特率、缓冲段长度、收发FIFO深度等CAN控制器正常运行所必须的参数；
步骤S4：在不外接其他节点的情况下，在Labview上位机中选择自发自收模式以使能自我测试；
步骤S5：进入Labview上位机的报文发送区，填写报文内容，并选择自发自收；
步骤S6：CAN控制器将发出此帧报文并同时接收，存入接收FIFO中；
步骤S7：在Labview上位机中观察到接收FIFO有新内容存入，进入查看，可以看到刚刚所发的报文，功能得以验证。
实施例2
对CAN控制器进行一次自发自收扩展帧的测试，以此验证收发扩展帧和接收FIFO的功能。 CAN的滤波器在默认情况下全部关闭，即接收所有总线上的报文，对此设置不做更改，进入发送缓冲区准备报文发送。约定本次测试中发送一帧扩展格式的报文，称为报文1，其控制段依次为0x83、0x12、0x34、0x56和0x78，数据段长度为3，依次为0x1a、0x2b和0x3c。为了观察并验证总线逻辑，使用一个逻辑分析仪对其采样。根据报文SOF位是显性位的规则，将逻辑分析仪设置成等待下降沿触发的状态。在实际测试中，逻辑分析仪几乎是在Labview上位机发送报文后后立刻接收到信号，由于测试中用到的逻辑分析仪自带解析CAN协议的功能，所以可以很方便地确认所检测到的报文与我们预期发送的报文一致，如图3。

Claims (3)

1.一种片上CAN控制器调试系统，其特征在于，该系统包括CAN控制器、Arm CortexM3内核、AMBA总线模块、UART串口模块以及Labview上位机，其中：
所述CAN控制器由寄存器模块、位流处理器和位时序处理器组成，所述寄存器模块为CAN控制器的指令、数据配置模块；位流处理器对CAN控制器所连接的CAN总线上的数据进行解析；位时序处理器管理CAN控制器内数据收发时序；CAN控制器通过寄存器模块与AMBA总线模块连接；
所述AMBA总线模块为符合AMBA3.0协议的片上总线，包含一级AHB总线矩阵、一级APB互联矩阵以及一个AHB转APB桥，其中，AHB总线矩阵与APB互联矩阵通过AHB转APB桥连接；APB互联矩阵用来实现外设的挂载；AMBA总线模块为Arm CortexM3内核与外设进行数据交互的通道；
所述Arm CortexM3内核以哈佛结构进行配置，通过I-CODE、D-CODE和SYSTEM三个通道连接到AMBA总线模块上；Arm CortexM3内核的指令与数据分别放置在SRAM ITCM和SRAMDTCM中，所述SRAM ITCM和SRAM DTCM作为从机挂载到所述AMBA总线模块上；
所述UART串口模块作为外设挂载在AMBA总线模块上；
所述Labview上位机通过Labview语言编写，使得具有图形化的CAN控制器操作界面。
2.根据权利要求1所述的片上CAN控制器调试系统，其特征在于，所述CAN控制器的寄存器模块与AMBA总线模块进行数据交互，CAN控制器的位流处理器与CAN总线进行数据交互。
3.根据权利要求1所述的片上CAN控制器调试系统，其特征在于，所述Labview上位机与外部接口通过UART串口进行通信。
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