CN117411952A - 单点与多点通信协议转换电路 - Google Patents

单点与多点通信协议转换电路 Download PDF

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刘源
徐叔喜
张磊
汪健
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Abstract

本发明公开了一种单点与多点通信协议转换电路,包括:UART逻辑控制单元,实现串并转换功能;CAN逻辑控制单元,实现CAN总线协议转换功能;时钟单元和波特率控制器,实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的时钟管理功能;主控制器,实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的初始化控制功能,设置CAN单元模式选择、时钟分频寄存器、验收码寄存器、总线定时寄存器;本发明可单独设计为专用集成电路,也可作为一种标准IP应用于集成电路设计中,实现一路串行总线与四路CAN总线之间的相互转换,而且能以硬件方式实现透明转换,有效的降低了数据转换延迟,延长了数据传输距离,提高了传输速率。

Description

单点与多点通信协议转换电路
技术领域
本发明属于半导体集成电路中IP设计领域,尤其涉及一种单点与多点通信协议转换电路。
背景技术
UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是用于串行数据通信的通用异步收发器,它的基本功能是可以从外围设备接收数据,实现串-并转换;同时,也可以从CPU端接收数据,实现并-串转换。CPU可以在工作时随时查询每个通道的完整状态,监视各种命令的执行及任何错误的发生。。
CAN(Controller Area Network)现场总线是一种串行通信网络,支持分布式控制系统和实时性控制,由于其抗干扰能力强、可靠性高和实时性强等优点,CAN成为了最普及的工业现场总线之一,也是国际上应用最广泛的现场总线之一。
目前市场上的UART串行总线与CAN总线协议转换大都通过模块化组装来实现,并且基本上只是单路UART对单路CAN总线进行转换。随着传感器种类越来越多,经常需要串口进行通信,比如某光电转换系统中,需要用到32个UART串口通道与CAN总线进行通信,如果采用模块化组装来实现,体积将超大。
发明内容
本发明目的是:提供一种单点与多点通信协议转换电路,采用单片集成电路设计方法,实现1通道UART串行总线与4通道CAN总线相互转换,大大减小了系统体积,提高了传输可靠性。
本发明的技术方案是:
单点与多点通信协议转换电路,实现UART串行数据与CAN协议数据进行相互转换,其特征在于,包括:
UART逻辑控制单元,实现串并转换功能:将RXD接收的串行信号转换为并行数据,存入内部FIFO中;将内部寄存器中的并行数据转换为串行数据,通过TXD端口发出;
CAN逻辑控制单元,实现CAN总线协议转换功能,将外部端口RX接收的CAN总线转换为并行数据;将内部寄存器中的并行数据转换为CAN协议数据,通过TX端口发出;
时钟单元和波特率控制器,实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的时钟管理功能;波特率控制器实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的波特率生成,产生标准或指定的波特率;
主控制器,实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的初始化控制功能,设置CAN单元模式选择、时钟分频寄存器、验收码寄存器、总线定时寄存器;
FIFO,用于存储转换的数据。
优选的,转换电路实现UART串行数据转换为CAN协议数据的方法为:
当外部有串行数据输入时,UART模块对RXD0中的串行输入数据送入串并转换器,进行串-并转换,并将转换的并行数据存入FIFO中,同时通知主控制器将FIFO中数据送入CAN模块,在CAN模块中转换成CAN-bus数据从TX0~TX3端口输出,其中CS_U0控制UART模块通道的选择,CS_C0~CS_C3分别控制CAN总线模块的4个通道。
优选的,转换电路实现CAN协议数据转换为实现UART串行数据的方法为:
当外部有CAN-bus总线数据输入时,CAN模块接收RX0~RX3端口输入的CAN总线数据,并对输入数据进行解算,将解算结果存入相应通道的FIFO中,同时通知主控制器CAN模块的FIFO中有数据需要转换,主控制器将数据送入UART模块,通过串并转换器对并行数据进行并-串的转换,最终从TXD0输出转换结果。同样,CS_U0分别控制UART模块通道的选择,CS_C0~CS_C3分别控制CAN总线模块的4个通道。
优选的,转换电路在接收UART串行数据或CAN总线数据前,首先进行初始化处理,当模块选择配置信号SUC为高电平时,进行UART模块的初始化,设置串行数据波特率、数据字长、奇偶校验位、停止位;当SUC信号为低电平时,进行CAN总线模块初始化,设置CAN模式选择、时钟分频寄存器、设置验收码寄存器、设计验收屏蔽寄存器、设置总线定时寄存器、设置输出控制寄存器。
优选的,在初始化完成后,当UART逻辑控制单元的RXD0端口只有一路串行数据输入时,设置UART通道选择信号CS_U0,通过[CS_U0]位信号来选择可接收RXD的通道数据;当串行数据接收完成后,在相应UART通道中进行串并转换,并将转换的并行数据存入各自通道的FIFO中,同时通知主控制器有数据需要进行转换;在主控制器将并行数据转换成CAN总线数据后,从相应CAN模块通道的TX端口输出;TX0~TX3端口通过设置CAN通道选择信号CS_C0~CS_C3来控制,通过[CS_C3:CS_C0]信号选择CAN总线的TX通道输出。
优选的,当UART逻辑控制单元的RXD0端口同时有多路串行数据输入时,设置UART通道选择信号CS_U0,在各自通道中进行数据处理,最终转换成CAN总线数据;由于同时有多路串行数据进行转换,当S_CAN信号为低电平时,默认UART0通道的数据从CAN0通道输出。
优选的,在初始化完成后,当CAN总线输入端口RX0~RX3有一路总线数据输入时,设置CAN总线通道选择信号CS_C0~CS_C3,通过[CS_C3:CS_C0]信号选择可接收RX端口的CAN总线数据;当CAN总线数据接收完成后,在CAN相应的模块通道中进行处理,将CAN总线数据解算成并行数据存入FIFO中,并通知主控模块FIFO中有数据需要处理,主控模块将数据送入UART逻辑控制单元,进行并行-串行转换,最终从TXD0~TXD3端口输出串行数据,UART串行输出通道由CS_U0选择控制。
优选的,当CAN总线输入端口RX0~RX3有多路总线数据同时输入时,若S_CAN信号为低电平时,默认CAN总线RX0通道数据从TXD0通道转换输出,RX1通道数据从TXD1通道转换输出,以此类推;当S_CAN信号为高电平时,多个CAN总线通道转换数据从TXD0~TXD3其中某个端口输出,UART通道选择信号由CS_U0来控制,CAN总线数据输出顺序为RX0通道数据优先级最高,RX3通道数据优先级最低。
本发明的优点是:
1.本发明主要实现单路UART串行数据与4路CAN总线数据间的透明转换,多个通道能够同时进行传输转换,也可以嵌入到具有UART接口或CAN接口的设备中,在不需要改变原有硬件结构的前提下使设备获得CAN-bus或UART通讯接口,实现具有UART设备和CAN-bus网络之间的数据通讯。
2.本发明实现了单路UART与4路CAN总线之间的半导体集成,很好的解决了总线协议转换模块体积大、成本高、灵活性低等问题,而且电路能以硬件方式实现透明转换,有效降低了数据转换延迟,提高传输速率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的单点与多点通信协议转换电路原理图;
图2为默认情况下UART至CAN转换选择的示意图;
图3为当S_CAN信号为高电平时的UART至CAN转换选择的示意图;
图4为默认情况下CAN至UART转换选择的示意图;
图5为当S_CAN信号为高电平时的CAN至UART转换选择的示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明设计一种单通道总线协议转换设计方法,可实现1通道UART串行总线与4通道CAN总线相互转换,采用单片集成电路设计方法,大大减小了系统体积,提高了传输可靠性。结构图如图1所示。
图1中UART逻辑控制单元主要实现串并转换功能,可以将RXD接收的串行信号转换为并行数据,存入内部FIFO中;也可以将内部寄存器中的并行数据转换为串行数据,通过TXD端口发出。
图1中CAN逻辑控制单元主要实现CAN总线协议转换功能,共有4通道,可将外部端口RX接收的CAN总线转换为并行数据;也可将内部寄存器中的并行数据转换为CAN协议数据,通过TX端口发出。
图1中时钟单元和波特率控制器主要实现UART单元和CAN单元的时钟管理功能,内置PLL倍频器,可对外部时钟进行倍频,最高为50MHz。另外波特率控制器主要实现UART单元和CAN单元的波特率生成,产生标准或指定的波特率。
图1中主控制器主要实现UART单元和CAN单元的初始化控制功能,包括设置UART单元数据输出波特率、数据字长、校验位、停止位等;设置CAN单元模式选择、时钟分频寄存器、验收码寄存器、总线定时寄存器等。
图1中FIFO主要用于存储转换的数据。
单通道总线协议转换可以实现UART串行数据与CAN协议数据进行相互转换。UART总线转换为CAN总线时,UART总线通道能独立的处理串行数据。当外部有串行数据输入时,UART模块对RXD0中的串行输入数据送入串并转换器,进行串-并转换,并将转换的并行数据存入FIFO中,同时通知主控制器将FIFO中数据送入CAN模块,在CAN模块中转换成CAN-bus数据从TX0~TX3端口输出,其中CS_U0控制UART模块通道的选择,CS_C0~CS_C3分别控制CAN总线模块的4个通道。在CAN-bus数据转换完成后,INTC信号可以指示转换结果。
CAN总线转换为UART总线时,当外部有CAN-bus总线数据输入时,CAN模块接收RX0~RX3端口输入的CAN总线数据,并对输入数据进行解算,将解算结果存入相应通道的FIFO中,同时通知主控制器CAN模块的FIFO中有数据需要转换,主控制器将数据送入UART模块,通过串并转换器对并行数据进行并-串的转换,最终从TXD0输出转换结果。同样,CS_U0分别控制UART模块通道的选择,CS_C0~CS_C3分别控制CAN总线模块的4个通道。在UART串行数据转换完成后,INTU信号可以指示转换结果。
表1 UART逻辑控制单元端口
表2 CAN逻辑控制单元端口
在接收UART串行数据和CAN总线数据前,首先要进行初始化处理,当SUC信号为高电平时,进行UART模块的初始化,设置串行数据波特率、数据字长、奇偶校验位、停止位等等;当SUC信号为低电平时,进行CAN总线模块初始化,设置CAN模式选择、时钟分频寄存器、设置验收码寄存器、设计验收屏蔽寄存器、设置总线定时寄存器、设置输出控制寄存器等等。在初始化工作完成后,才可以接收UART串行数据或CAN总线数据。
在初始化完成后,当UART模块的RXD0端口只有一路串行数据输入时,设置UART通道选择信号CS_U0,通过[CS_U0]位信号来选择可接收RXD的通道数据。当串行数据接收完成后,在相应UART通道中进行串并转换,并将转换的并行数据存入各自通道的FIFO中,同时通知主控制器有数据需要进行转换。在主控制器将并行数据转换成CAN总线数据后,从相应CAN模块通道的TX端口输出。TX0~TX3端口通过设置CAN通道选择信号CS_C0~CS_C3来控制,通过[CS_C3:CS_C0]信号选择CAN总线的TX通道输出。
当UART模块的RXD0端口同时有多路串行数据输入时,设置UART通道选择信号CS_U0,在各自通道中进行数据处理,最终转换成CAN总线数据。由于同时有多路串行数据进行转换,当S_CAN信号为低电平时,默认UART0通道的数据从CAN0通道输出。
在初始化完成后,当CAN总线输入端口RX0~RX3有一路总线数据输入时,设置CAN总线通道选择信号CS_C0~CS_C3,通过[CS_C3:CS_C0]信号选择可接收RX端口的CAN总线数据。当CAN总线数据接收完成后,在CAN相应的模块通道中进行处理,将CAN总线数据解算成并行数据存入FIFO中,并通知主控模块FIFO中有数据需要处理,主控模块将数据送入UART控制单元,进行并行-串行转换,最终从TXD0~TXD3端口输出串行数据,UART串行输出通道由CS_U0选择控制。
当CAN总线输入端口RX0~RX3有多路总线数据同时输入时,若S_CAN信号为低电平时,默认CAN总线RX0通道数据从TXD0通道转换输出,RX1通道数据从TXD1通道转换输出,以此类推。当S_CAN信号为高电平时,多个CAN总线通道转换数据从TXD0~TXD3其中某个端口输出,UART通道选择信号由CS_U0来控制,CAN总线数据输出顺序为RX0通道数据优先级最高,RX3通道数据优先级最低。
该发明主要实现单路UART串行数据与4路CAN总线数据间的透明转换,多个通道能够同时进行传输转换,也可以嵌入到具有UART接口或CAN接口的设备中,在不需要改变原有硬件结构的前提下使设备获得CAN-bus或UART通讯接口,实现具有UART设备和CAN-bus网络之间的数据通讯。
本发明实现了单路UART与4路CAN总线之间的半导体集成,很好的解决了总线协议转换模块体积大、成本高、灵活性低等问题,而且电路能以硬件方式实现透明转换,有效降低了数据转换延迟,提高传输速率。
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 (8)

1.单点与多点通信协议转换电路,实现UART串行数据与CAN协议数据进行相互转换,其特征在于,包括:
UART逻辑控制单元,实现串并转换功能:将RXD接收的串行信号转换为并行数据,存入内部FIFO中;将内部寄存器中的并行数据转换为串行数据,通过TXD端口发出;
CAN逻辑控制单元,实现CAN总线协议转换功能,将外部端口RX接收的CAN总线转换为并行数据;将内部寄存器中的并行数据转换为CAN协议数据,通过TX端口发出;
时钟单元和波特率控制器,实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的时钟管理功能;波特率控制器实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的波特率生成,产生标准或指定的波特率;
主控制器,实现UART逻辑控制单元和CAN逻辑控制单元的初始化控制功能,设置CAN单元模式选择、时钟分频寄存器、验收码寄存器、总线定时寄存器;
FIFO,用于存储转换的数据。
2.根据权利要求1所述的单点与多点通信协议转换电路,其特征在于, 转换电路实现UART串行数据转换为CAN协议数据的方法为:
当外部有串行数据输入时,UART模块对RXD0中的串行输入数据送入串并转换器,进行串-并转换,并将转换的并行数据存入FIFO中,同时通知主控制器将FIFO中数据送入CAN模块,在CAN模块中转换成CAN-bus数据从TX0~TX3端口输出,其中CS_U0控制UART模块通道的选择,CS_C0~CS_C3分别控制CAN总线模块的4个通道。
3.根据权利要求2所述的单点与多点通信协议转换电路,其特征在于, 转换电路实现CAN协议数据转换为实现UART串行数据的方法为:
当外部有CAN-bus总线数据输入时,CAN模块接收RX0~RX3端口输入的CAN总线数据,并对输入数据进行解算,将解算结果存入相应通道的FIFO中,同时通知主控制器CAN模块的FIFO中有数据需要转换,主控制器将数据送入UART模块,通过串并转换器对并行数据进行并-串的转换,最终从TXD0输出转换结果。同样,CS_U0分别控制UART模块通道的选择,CS_C0~CS_C3分别控制CAN总线模块的4个通道。
4.根据权利要求3所述的单点与多点通信协议转换电路,其特征在于,转换电路在接收UART串行数据或CAN总线数据前,首先进行初始化处理,当模块选择配置信号SUC为高电平时,进行UART模块的初始化,设置串行数据波特率、数据字长、奇偶校验位、停止位;当SUC信号为低电平时,进行CAN总线模块初始化,设置CAN模式选择、时钟分频寄存器、设置验收码寄存器、设计验收屏蔽寄存器、设置总线定时寄存器、设置输出控制寄存器。
5.根据权利要求4所述的单点与多点通信协议转换电路,其特征在于,在初始化完成后,当UART逻辑控制单元的RXD0端口只有一路串行数据输入时,设置UART通道选择信号CS_U0,通过[CS_U0]位信号来选择可接收RXD的通道数据;当串行数据接收完成后,在相应UART通道中进行串并转换,并将转换的并行数据存入各自通道的FIFO中,同时通知主控制器有数据需要进行转换;在主控制器将并行数据转换成CAN总线数据后,从相应CAN模块通道的TX端口输出;TX0~TX3端口通过设置CAN通道选择信号CS_C0~CS_C3来控制,通过[CS_C3:CS_C0]信号选择CAN总线的TX通道输出。
6.根据权利要求5所述的单点与多点通信协议转换电路,其特征在于,当UART逻辑控制单元的RXD0端口同时有多路串行数据输入时,设置UART通道选择信号CS_U0,在各自通道中进行数据处理,最终转换成CAN总线数据;由于同时有多路串行数据进行转换,当S_CAN信号为低电平时,默认UART0通道的数据从CAN0通道输出。
7.根据权利要求6所述的单点与多点通信协议转换电路,其特征在于,在初始化完成后,当CAN总线输入端口RX0~RX3有一路总线数据输入时,设置CAN总线通道选择信号CS_C0~CS_C3,通过[CS_C3:CS_C0]信号选择可接收RX端口的CAN总线数据;当CAN总线数据接收完成后,在CAN相应的模块通道中进行处理,将CAN总线数据解算成并行数据存入FIFO中,并通知主控模块FIFO中有数据需要处理,主控模块将数据送入UART逻辑控制单元,进行并行-串行转换,最终从TXD0~TXD3端口输出串行数据,UART串行输出通道由CS_U0选择控制。
8.根据权利要求7所述的单点与多点通信协议转换电路,其特征在于,当CAN总线输入端口RX0~RX3有多路总线数据同时输入时,若S_CAN信号为低电平时,默认CAN总线RX0通道数据从TXD0通道转换输出,RX1通道数据从TXD1通道转换输出,以此类推;当S_CAN信号为高电平时,多个CAN总线通道转换数据从TXD0~TXD3其中某个端口输出,UART通道选择信号由CS_U0来控制,CAN总线数据输出顺序为RX0通道数据优先级最高,RX3通道数据优先级最低。
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