一種用于艦船冗余網(wǎng)絡(luò)的高速can總線擴(kuò)展板的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及艦船監(jiān)控領(lǐng)域，涉及一種用于艦船冗余網(wǎng)絡(luò)的高速CAN總線擴(kuò)展板，包括FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片，F(xiàn)LASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片依次順接，CAN總線控制器和CAN總線物理芯片皆至少兩路并聯(lián)。本實(shí)用新型使用FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片進(jìn)行總線時(shí)序邏輯轉(zhuǎn)換，減少了中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，間接減輕了主處理器程序運(yùn)行負(fù)擔(dān)和故障風(fēng)險(xiǎn)；中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的減少降低了器件數(shù)量，降低了CAN總線擴(kuò)展板的成本。由于減少了信號(hào)路徑的時(shí)間，有效提高了轉(zhuǎn)換效率和CAN總線傳輸速率。
【專利說明】
一種用于艦船冗余網(wǎng)絡(luò)的高速CAN總線擴(kuò)展板
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及艦船監(jiān)控領(lǐng)域，特別涉及一種用于艦船冗余網(wǎng)絡(luò)的高速CAN總線擴(kuò)展板。
【背景技術(shù)】
[0002]CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線作為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，它憑借卓越的特性、極高的可靠信與獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互聯(lián)。與其他的通信總線相比，CAN總線具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。目前，CAN總線不僅在汽車領(lǐng)域，而且在電梯、消費(fèi)電子、艦船、工程機(jī)械等自動(dòng)化領(lǐng)域，甚至是航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]在艦船監(jiān)控領(lǐng)域，對(duì)安全性要求比較高。為了滿足一定的安全級(jí)別，需要使用系統(tǒng)冗余機(jī)制。把CAN總線應(yīng)用于艦船自動(dòng)化已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的一種趨勢(shì)；由于CAN總線一開始并不是針對(duì)安全領(lǐng)域開發(fā)的，它對(duì)系統(tǒng)冗余的支持具有一定的不足。而PC104總線標(biāo)準(zhǔn)(一種工業(yè)計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn))是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于各種艦船控制臺(tái)、機(jī)艙機(jī)箱等場(chǎng)合。因此，人們?cè)O(shè)計(jì)了基于PC104總線結(jié)構(gòu)的CAN擴(kuò)展板。
[0004]目前，基于PC104總線結(jié)構(gòu)的CAN擴(kuò)展板已普遍應(yīng)用于各種船自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備中。但是由于PC104總線標(biāo)準(zhǔn)的定義，其總線形式為數(shù)據(jù)和地址獨(dú)立;而CAN控制芯片的并行總線形式一般為數(shù)據(jù)和地址復(fù)用，故而兩種總線之間需要一個(gè)總線轉(zhuǎn)譯的機(jī)制，而轉(zhuǎn)譯的速度直接影響到CAN總線通訊速度。
[0005]現(xiàn)有CAN總線擴(kuò)展板，多采用中間處理器來操作交換CAN控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)或采用兩次讀寫的方式。前者主處理器通過與中間處理器再通訊或是通過雙端RAM的讀取來實(shí)現(xiàn)主處理器CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)，由于增加了中間處理器或雙端RAM，在提高擴(kuò)展卡成本的同時(shí)會(huì)對(duì)實(shí)際應(yīng)用造成不良的影響，比如中間處理器的程序運(yùn)行時(shí)間和效率會(huì)增加CAN總線數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)間，中間處理器的增加會(huì)增加程序運(yùn)行的故障風(fēng)險(xiǎn)以及增加主處理器運(yùn)行負(fù)擔(dān)和故障風(fēng)險(xiǎn)。而后者每個(gè)數(shù)據(jù)的讀寫需要兩個(gè)讀寫周期完成，增加了數(shù)據(jù)讀寫的時(shí)間，降低了 CAN數(shù)據(jù)傳輸速率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型需解決的技術(shù)問題是提供一種CAN總線擴(kuò)展板，所述CAN總線擴(kuò)展板數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換效率高。
[0007]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種用于艦船冗余網(wǎng)絡(luò)的高速CAN總線擴(kuò)展板，包括FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片，F(xiàn)LASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片、CAN總線控制器和CAN總線物理芯片依次順接，CAN總線控制器和CAN總線物理芯片皆至少兩路并聯(lián)；
[0008]所述FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片的構(gòu)成包括PC104總線控制模塊、20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊、12位基地址比較模塊、CAN地址控制模塊、中斷選擇處理模塊和開關(guān)量控制模塊；
[0009]PC104總線控制模塊接收并儲(chǔ)存PC104總線信號(hào)，并根據(jù)PC104總線信號(hào)中的控制信號(hào)，將PC104總線信號(hào)中的地址信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)分配給20位內(nèi)存地址比較轉(zhuǎn)換模塊和12位基地址比較模塊；以及，將CAN地址控制模塊傳回的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出到PC104總線；
[0010]20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊將PC104總線控制模塊輸出的PC104總線地址信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN總線控制器對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)；
[0011]CAN地址控制模塊接收20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換的地址信號(hào)和PC104總線信號(hào)中的控制信號(hào)，生成CAN總線控制器的接口信號(hào)；以及接收CAN總線控制器傳回的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)絇C104總線控制模塊；
[0012]12位基地址比較模塊接收PC104總線控制模塊輸出的PC104總線地址信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào);根據(jù)PC104總線地址信號(hào)，判斷進(jìn)行中斷選擇處理模塊的操作還是開關(guān)量控制模塊的操作;然后將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至中斷選擇處理模塊或開關(guān)量控制模塊進(jìn)行操作；
[0013]中斷選擇處理模塊時(shí)刻接收CAN總線控制器的中斷信號(hào)，根據(jù)12位基地址比較模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行CAN總線控制器中斷信號(hào)與PC104總線中斷信號(hào)的對(duì)應(yīng)；
[0014]開關(guān)量控制模塊連接CAN總線擴(kuò)展板的外設(shè)接口，根據(jù)12位基地址比較模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)連接的外設(shè)設(shè)備進(jìn)行開關(guān)選擇。
[0015]進(jìn)一步，PC104總線接口連接所述FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片，CAN總線接口連接所述CAN總線物理芯片。
[0016]進(jìn)一步，所述CAN總線擴(kuò)展板還包括用于抗外部干擾信號(hào)的光耦隔離電路。
[0017]本實(shí)用新型使用FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片進(jìn)行總線時(shí)序邏輯轉(zhuǎn)換，減少了中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，間接減輕了主處理器程序運(yùn)行負(fù)擔(dān)和故障風(fēng)險(xiǎn)；中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的減少降低了器件數(shù)量，降低了CAN總線擴(kuò)展板的成本。由于減少了信號(hào)路徑的時(shí)間，有效提高了轉(zhuǎn)換效率和CAN總線傳輸速率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型CAN總線擴(kuò)展板的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種用于艦船冗余網(wǎng)絡(luò)的高速CAN總線擴(kuò)展板，包括順次連接的PC104總線接口 5、FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片1、CAN總線控制器2、光耦隔離電路4、CAN總線物理芯片3和CAN總線接口 6，PC104總線接口 5、FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片1、CAN總線控制器2、光耦隔離電路4、CAN總線物理芯片3和CAN總線接口 6順次連接，CAN總線控制器2和CAN總線物理芯片3皆至少兩路并聯(lián)。
[0022]如圖2所示，所述FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片I的構(gòu)成包括PC104總線控制模塊11、20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊12、12位基地址比較模塊13(和圖2描述不一致)、CAN地址控制模塊14、中斷選擇處理模塊15和開關(guān)量控制模塊16。
[0023]PC104總線控制模塊11接收并儲(chǔ)存PC104總線信號(hào)，并根據(jù)PC104總線信號(hào)中的控制信號(hào)，將PC104總線信號(hào)中的地址信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)分配給20位內(nèi)存地址比較轉(zhuǎn)換模塊12和12位基地址比較模塊13，以及將CAN地址控制模塊14傳回的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出到PC104總線；
[0024]20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊12將PC104總線控制模塊11輸出的PC104總線地址信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN總線控制器對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)；
[0025]CAN地址控制模塊14接收20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊12轉(zhuǎn)換的地址信號(hào)和PC104總線信號(hào)中的控制信號(hào)，生成CAN總線控制器的接口信號(hào)；以及接收CAN總線控制器傳回的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)絇C104總線控制模塊11;
[0026]12位基地址比較模塊13接收PC104總線控制模塊11輸出的PC104總線地址信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào);根據(jù)PC104總線地址信號(hào)，判斷進(jìn)行中斷選擇處理模塊15的操作還是開關(guān)量控制模塊16的操作;然后將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至中斷選擇處理模塊15或開關(guān)量控制模塊16進(jìn)行操作；
[0027]中斷選擇處理模塊15時(shí)刻接收CAN總線控制器的中斷信號(hào)，根據(jù)12位基地址比較模塊13發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行CAN總線控制器中斷信號(hào)與PC104總線中斷信號(hào)的對(duì)應(yīng)；
[0028]開關(guān)量控制模塊16連接CAN總線擴(kuò)展板的外設(shè)接口，根據(jù)12位基地址比較模塊13發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)連接的外設(shè)設(shè)備進(jìn)行開關(guān)選擇。
[0029]本實(shí)用新型FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片采用Actel公司的ProASIC3系列的FPGA:A3P0301VQG100I。
[0030]所述光耦隔離電路4用于抗外部干擾信號(hào)。
[0031]本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有存在的中間環(huán)節(jié)多、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度慢、可靠性較低的問題，而且減少了中間處理器程序運(yùn)行的故障風(fēng)險(xiǎn)。
[0032]以上實(shí)施方式僅用于說明本實(shí)用新型，而并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于艦船冗余網(wǎng)絡(luò)的高速CAN總線擴(kuò)展板，其特征在于，包括FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片(I)、CAN總線控制器(2)和CAN總線物理芯片(3)，F(xiàn)LASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片(I)、CAN總線控制器(2)和CAN總線物理芯片(3)依次順接，CAN總線控制器(2)和CAN總線物理芯片(3)皆至少兩路并聯(lián)； 所述FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片(I)的構(gòu)成包括PCl04總線控制模塊(II)、20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊(I2)、12位基地址比較模塊(13)、CAN地址控制模塊(I4)、中斷選擇處理模塊(15)和開關(guān)量控制模塊(16); PC104總線控制模塊(11)接收并儲(chǔ)存PC104總線信號(hào)，并根據(jù)PC104總線信號(hào)中的控制信號(hào)，將PC104總線信號(hào)中的地址信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)分配給20位內(nèi)存地址比較轉(zhuǎn)換模塊(12)和12位基地址比較模塊(I3);以及，將CAN地址控制模塊(I4)傳回的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出到PC104總線； 20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊(12)將PC104總線控制模塊(11)輸出的PC104總線地址信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN總線控制器對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)； CAN地址控制模塊(14)接收20位內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換模塊(12)轉(zhuǎn)換的地址信號(hào)和PC104總線信號(hào)中的控制信號(hào)，生成CAN總線控制器的接口信號(hào)；以及接收CAN總線控制器傳回的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)絇C104總線控制模塊(11); 12位基地址比較模塊(13)接收PC104總線控制模塊(11)輸出的PC104總線地址信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào);根據(jù)PC104總線地址信號(hào)，判斷進(jìn)行中斷選擇處理模塊(15)的操作還是開關(guān)量控制模塊(16)的操作;然后將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至中斷選擇處理模塊(15)或開關(guān)量控制模塊(16)進(jìn)行操作； 中斷選擇處理模塊(15)時(shí)刻接收CAN總線控制器的中斷信號(hào)，根據(jù)12位基地址比較模塊(13)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行CAN總線控制器中斷信號(hào)與PC104總線中斷信號(hào)的對(duì)應(yīng)； 開關(guān)量控制模塊(16)連接CAN總線擴(kuò)展板的外設(shè)接口，根據(jù)12位基地址比較模塊(13)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)連接的外設(shè)設(shè)備進(jìn)行開關(guān)選擇。2.如權(quán)利要求1所述的CAN總線擴(kuò)展板，其特征在于，PC104總線接口(5)連接所述FLASH結(jié)構(gòu)FPGA芯片(I)，CAN總線接口( 6)連接所述CAN總線物理芯片(3)。3.如權(quán)利要求1或2所述的CAN總線擴(kuò)展板，其特征在于，所述CAN總線擴(kuò)展板還包括用于抗外部干擾信號(hào)的光耦隔離電路(4)。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK205507453SQ201620257336
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】戈亮, 楊柳濤, 曹云峰, 鐘欣
【申請(qǐng)人】上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所