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基于FPGA/SOPC的汽车网关平台设计研究
| 论文题名： | 基于FPGA/SOPC的汽车网关平台设计研究 |
| 关键词： | 汽车网关平台;现场可编程门阵列;数据链路层;仿真验证;电路模块 |
| 摘要： | 在现代汽车电子领域，出于性能提升、成本节约、功能多样化以及安全可靠等方面的考虑，越来越多传统的机械控制单元被电子控制单元(ECU)所替代。而随着汽车电子化水平的提高，汽车网络的复杂程度也在不断加大。汽车电子系统是一个以网络为基础的特殊分布式系统，目前常用汽车总线标准包括本地互连网络(LIN)、控制区域网络(CAN)和FlexRay三种不同的网络协议，它们不同的特点和优势（不同的通信带宽、成本、和数据帧格式）可以满足不同的应用需求。通过研究发现，目前国内外的汽车总线网关方案存在以下缺陷:功能单一（仅实现两种协议转换）;性能无法满足快速发展的汽车电子对汽车总线日益增长的性能要求;对其他处理器和芯片依赖严重;总线接口数量和总类固定不可变等。在此背景下，本文结合国内外的现有研究成果，以设计一种灵活、稳定、高性能和可测性好的汽车网关研究平台为目标。提出一种采用分层和模块化的设计方法，分别从网关物理层，数据链路层和应用层来进行设计。论文主要工作如下: 首先，本文详细介绍了CAN、LIN和FlexRay三种目前常见的车内总线，分析了三种总线协议的数据报文、通信机制和时钟同步原理。并对不同车内总线的特性、汽车总线网关设计方法进行了相关综述研究。 其次，以总线规范标准为依据，控制器芯片手册为参考，分别设计了CAN、LIN、FlexRay三种总线物理层电路模块。采用硬件描述语言，实现了CAN和LIN总线控制器的FPGA设计实现，分别对其进行了行为仿真验证。实验表明，本文设计的CAN、LIN总线控制器符合总线标准。 最后，结合本文汽车总线收发器电路设计和总线控制器IP核模块设计，采用SOPC技术在一块FPGA中，通过调用定制的MicroBlaze处理器和硬件描述语言编写汽车总线控制器构成一个集成度高的网关平台核心，应用层使用C语言编写网关路由转发程序，构建简单路由转发表用于网关数据之间的转换。最后利用Xilinx开发工具编译后下载到NEXYS3开发平台调试。并以CAN/LIN网关实现为例进行了具体网关平台实现和验证。实验表明本文提出的网关平台具有基本网关功能，能实现CAN/LIN网络之间的数据交换。并有微型化，灵活可编程和再设计的特点。符合网关研究平台模块化、通用化和智能化的发展方向。 |
| 作者： | 吴武飞 |
| 专业： | 信息与通信工程 |
| 导师： | 李仁发 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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