CN209472629U - 基于pcie总线的rs422通信与can通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，FPGA的UART信号接口通过第一数字隔离器连接RS422信号收发器的FPGA信号通信端，RS422信号收发器的端子排接线端用于连接第一端子排的相应接口，FPGA的数据及地址总线通信端连接CAN信号控制器的FPGA信号通信端，CAN信号控制器的收发器信号通信端通过第二数字隔离器连接CAN信号收发器的CAN控制器信号通信端，CAN信号收发器的端子排接线端连接第二端子排的相应接口，配置芯片的通信端连接FPGA的总线协议转换控制逻辑通信端口，FPGA的IP硬核接口通过PCIE总线连接插接件。实用新型能扩展计算机系统的多路通信功能。

Description

基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备

技术领域

本实用新型涉及自动化控制技术领域，具体地指一种基于PCIE(peripheralcomponent interconnect express，高速串行计算机扩展总线标准)总线的RS422通信与CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通信设备。

背景技术

在武器装备控制领域，422通信和CAN通信凭借各自的优势，在系统级或单机级的装备中，作为各单机、各组件之间的主要通信方式存在。422通信具有抗干扰性强、传输距离远、速率快的优点。CAN通信具有实时性好、可靠性高、支持多节点的优势。随着武器装备系统的规模越来越大，系统内的单机、组件之间的通信网变得越来复杂。尤其对于地面测控系统而言，通常是一台综控主机要与数量众多的其他设备进行通信，因此对主机的通信通道数和通信速率要求较高。目前综控主机主要采用CPCI(Compact Peripheral ComponentInterconnect)架构，而PCI总线在面对对总线通信速率、扩展能力要求更高的场合时已显得力不从心。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，本实用新型能扩展计算机系统的多路通信功能。

为实现此目的，本实用新型所设计的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：它包括FPGA(Field－Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)、RS422信号收发器、CAN信号收发器、第一数字隔离器、CAN信号控制器、第二数字隔离器和配置芯片，其中，所述FPGA的UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)信号接口通过第一数字隔离器连接RS422信号收发器的FPGA信号通信端，RS422信号收发器的端子排接线端用于连接第一端子排的相应接口，FPGA的数据及地址总线通信端连接CAN信号控制器的FPGA信号通信端，CAN信号控制器的收发器信号通信端通过第二数字隔离器连接CAN信号收发器的CAN控制器信号通信端，CAN信号收发器的端子排接线端用于连接第二端子排的相应接口，所述配置芯片的通信端连接FPGA的总线协议转换控制逻辑通信端口，FPGA的IP硬核接口用于通过PCIE总线连接插接件。

本实用新型采用FPGA芯片作为PCIE总线桥接芯片连接422收发器和CAN控制器，利用PCIE的高带宽实现8路RS422和两路CAN信号的高速通信。该设备能实现龙芯处理器计算机系统的通信扩展，能同时实现PCIE信号与8路RS422和两路CAN信号之间的高速通信。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

其中，1—FPGA、2—RS422信号收发器、3—CAN信号收发器、4—第一数字隔离器、5—CAN信号控制器、6—第二数字隔离器、7—配置芯片、8—第一端子排、9—第二端子排、10—插接件、11—第一拨码开关、12—第二拨码开关。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

本实用新型所设计的一种基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，如图1所示，它包括FPGA1、RS422信号收发器2、CAN信号收发器3、第一数字隔离器4、CAN信号控制器5、第二数字隔离器6和配置芯片7，其中，所述FPGA1的UART信号接口通过第一数字隔离器4连接RS422信号收发器2的FPGA信号通信端，RS422信号收发器2的端子排接线端用于连接第一端子排8的相应接口，FPGA1的数据及地址总线通信端连接CAN信号控制器5的FPGA信号通信端，CAN信号控制器5的收发器信号通信端通过第二数字隔离器6连接CAN信号收发器3的CAN控制器信号通信端，CAN信号收发器3的端子排接线端用于连接第二端子排9的相应接口，所述配置芯片7的通信端连接FPGA1的总线协议转换控制逻辑通信端口(在FPGA1不工作时，总线协议转换控制逻辑存储在配置芯片7中，当FPGA1工作时，配置芯片7将总线协议转换控制逻辑配置到FPGA1中)，FPGA1的IP硬核接口(即PCIE通信接口)用于通过PCIE总线(PCIE总线具体为x1PCI-e 2.0总线)连接插接件10。

上述技术方案中，它还包括第一拨码开关11和第二拨码开关12，所述第一拨码开关11连接RS422信号收发器2的匹配电阻控制端，第二拨码开关12连接CAN信号收发器3的匹配电阻控制端。

上述技术方案中，所述第一拨码开关11用于控制RS422信号收发器2的匹配电阻是否接入RS422通信通道，第二拨码开关12用于控制CAN信号收发器3的匹配电阻是否接入CAN通信通道。在RS422和CAN通信中，匹配电阻的主要作用是避免信号在传输线中的反射，干扰信号源、提高通信质量的作用。

上述技术方案中，所述FPGA1用于进行PCIE总线协议与UART总线协议之间的相互转换，以及PCIE总线协议与数据及地址总线协议之间的相互转换。

上述技术方案中，所述FPGA1具有八个UART信号接口，每个UART信号接口均通过对应的第一数字隔离器4连接相应RS422信号收发器2的FPGA信号通信端，每个RS422信号收发器2的端子排接线端分别连接第一端子排8的相应接口；

所述FPGA1的数据及地址总线通信端有两个，每个数据及地址总线通信端分别连接对应CAN信号控制器5的FPGA信号通信端，每个CAN信号控制器5的收发器信号通信端通过对应的第二数字隔离器6分别连接相应的CAN信号收发器3的CAN控制器信号通信端，每个CAN信号收发器3的端子排接线端分别连接第二端子排9的相应接口。

上述技术方案中，所述RS422信号收发器2用来实现RS422信号的发送与接收，CAN信号收发器3用于实现CAN信号的发送与接收。

上述技术方案中，第一数字隔离器4用于实现FPGA1与RS422信号收发器2之间的电气隔离(防止高电压和高电流的影响)，第二数字隔离器6用于实现CAN信号控制器5与CAN信号收发器3之间的电气隔离(防止高电压和高电流的影响)。

上述技术方案中，所述CAN信号控制器5用于实现数据及地址总线的并行数据与串行数据的转换以及实现CAN通信协议。

上述技术方案中，所述FPGA1选用xilinx公司sapartan系列XC6SL25T，所述RS422信号收发器2采用MAXIM公司的MAX490芯片，CAN信号控制器5采用NXP公司的SJA1000芯片，第一数字隔离器4和第二数字隔离器6采用ADI公司的ADUM2201芯片

本实用新型中，FPGA1将来至背板插槽(插接件10)的一路PCIE x1总线引入。编写FPGA逻辑，调用FPGA1中PCIE接口总线的IP硬核，将PCIE总线协议在FPGA1内部转换成8个独立的UART串口，和2套独立数据地址总线以及读写控制信号。8个UART串口分别连接第一数字隔离器4后，连接到对应的RS422信号收发器2，RS422信号收发器2将隔离后的UART信号转换成RS422协议规定的差分信号电平，并引出到第一端子排8上，同时在靠近第一端子排8的附近位置为这些422接口增添ESD(Electro-Static discharge,静电阻抗器)器件(采用朝阳无线电元件公司的CYSOT15C-2)以提供接口保护。

由PCIE转换出来的2套独立的数据地址总线及读写控制信号分别连接两个CAN信号控制器5，CAN信号控制器5的输出连接第二数字隔离器6，第二数字隔离器6的输出连接CAN信号收发器3，CAN信号收发器3将信号转换成两线差分信号，引出到第二端子排9上，并在第二端子排9附近位置增添ESD保护器件,以提供接口保护。

RS422通信和CAN通信都有设置终端匹配电阻的需求，本实用新型分别预值了第一拨码开关11和第二拨码开关12来控制RS422接口和CAN接口每个通道对应的终端匹配电阻是否接入电路，通过拨码开关的两个状态来决定连接终端匹配电阻的电路接通或断开。

在实际使用中，RS422通信使用的波特率有时会使用非标准值，在本实用新型中由于使用的是FPGA逻辑，通过使用FPGA内部PLL功能可以匹配出合适的时钟频率而不至于出现由于频率固定无法匹配出合适波特率导致高速收发信号时，误码率增大。当要改变串口工作时钟时，只需更改FPGA配置程序即可，比硬件改动要方便的多。

在面对多通道的RS422和CAN同时工作并进行高速通信的场合，使用PCIE加FPGA的架构一方面利用了PCIE总线的高传输率，能够保证及时的处理数据的发送接收；另一方面，FPGA丰富的内部资源使得，在设置RS422通信发送接收FIFO容量大小时有着很大的余量，不用面临如专用RS422控制器在高速大量数据收发时，固定的FIFO经常溢出等待，导致数据丢失的窘境。

本实用新型工作时，一方面武器装备控制领域的外围设备将通信需要的RS422信号和CAN信号通过对应的RS422信号收发器2、CAN信号收发器3和CAN信号控制器5转换为对应的UART信号和数据及地址总线，FPGA1将UART信号和数据及地址总线转换为PCIE总线信号后传输给龙芯处理器计算机系统；另一方面龙芯处理器计算机系统将通信需要的PCIE总线信号传输给FPGA1，由FPGA1将PCIE总线信号转换为UART信号和数据及地址总线，RS422信号收发器2、CAN信号收发器3和CAN信号控制器5将UART信号和数据及地址总线转换为对应的RS422信号和CAN信号传输给外围设备。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：它包括FPGA(1)、RS422信号收发器(2)、CAN信号收发器(3)、第一数字隔离器(4)、CAN信号控制器(5)、第二数字隔离器(6)和配置芯片(7)，其中，所述FPGA(1)的UART信号接口通过第一数字隔离器(4)连接RS422信号收发器(2)的FPGA信号通信端，RS422信号收发器(2)的端子排接线端用于连接第一端子排(8)的相应接口，FPGA(1)的数据及地址总线通信端连接CAN信号控制器(5)的FPGA信号通信端，CAN信号控制器(5)的收发器信号通信端通过第二数字隔离器(6)连接CAN信号收发器(3)的CAN控制器信号通信端，CAN信号收发器(3)的端子排接线端用于连接第二端子排(9)的相应接口，所述配置芯片(7)的通信端连接FPGA(1)的总线协议转换控制逻辑通信端口，FPGA(1)的IP硬核接口用于通过PCIE总线连接插接件(10)。

2.根据权利要求1所述的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：它还包括第一拨码开关(11)和第二拨码开关(12)，所述第一拨码开关(11)连接RS422信号收发器(2)的匹配电阻控制端，第二拨码开关(12)连接CAN信号收发器(3)的匹配电阻控制端。

3.根据权利要求2所述的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：所述第一拨码开关(11)用于控制RS422信号收发器(2)的匹配电阻是否接入RS422通信通道，第二拨码开关(12)用于控制CAN信号收发器(3)的匹配电阻是否接入CAN通信通道。

4.根据权利要求1所述的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：所述FPGA(1)用于进行PCIE总线协议与UART总线协议之间的相互转换，以及PCIE总线协议与数据及地址总线协议之间的相互转换。

5.根据权利要求1所述的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：所述FPGA(1)具有八个UART信号接口，每个UART信号接口均通过对应的第一数字隔离器(4)连接相应RS422信号收发器(2)的FPGA信号通信端，每个RS422信号收发器(2)的端子排接线端分别连接第一端子排(8)的相应接口；

所述FPGA(1)的数据及地址总线通信端有两个，每个数据及地址总线通信端分别连接对应CAN信号控制器(5)的FPGA信号通信端，每个CAN信号控制器(5)的收发器信号通信端通过对应的第二数字隔离器(6)分别连接相应的CAN信号收发器(3)的CAN控制器信号通信端，每个CAN信号收发器(3)的端子排接线端分别连接第二端子排(9)的相应接口。

6.根据权利要求1所述的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：所述RS422信号收发器(2)用来实现RS422信号的发送与接收，CAN信号收发器(3)用于实现CAN信号的发送与接收。

7.根据权利要求1所述的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：第一数字隔离器(4)用于实现FPGA(1)与RS422信号收发器(2)之间的电气隔离，第二数字隔离器(6)用于实现CAN信号控制器(5)与CAN信号收发器(3)之间的电气隔离。

8.根据权利要求1所述的基于PCIE总线的RS422通信与CAN通信设备，其特征在于：所述CAN信号控制器(5)用于实现数据及地址总线的并行数据与串行数据的转换以及实现CAN通信协议。