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自主可控车载CAN总线控制器开发与应用研究
| 论文题名： | 自主可控车载CAN总线控制器开发与应用研究 |
| 关键词： | CAN总线控制器;车载设备;可靠度;VerilogHDL软件 |
| 摘要： | CAN总线控制器是车载设备现场总线主流通信装置，是无人驾驶、车联网关键设备。传统的CAN通信节点内的CAN控制器是独立的，需要额外的主控芯片通过板级走线与之相连。这不仅增加了节点的体积，同时也对可靠性造成了一定的隐患。对此，提出了一种冗余双CAN控制器的设计，并以知识产权核(IP)软核的形式在国产现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现。 在充分研究了解CAN2.0B协议后，采用IEC61508规范中的V模型设计方法与FPGA领域内自顶向下的设计方法，利用VrilogHDL硬件描述语言，在国产自主可控的FPGA平台设计并实现了IP软核形式的双冗余CAN总线控制器。通过研究分析了影响CAN控制器通信可靠性的各种因素，提出了一种兼顾冷-热冗余的冗余方法，并设计了相应的冗余功能模块。设计完成后，CAN控制器模块与冗余模块分别在仿真软件Modelsim内进行仿真，在编写的Testbench平台内给定激励源后，观测目标信号的输出波形是否正常。模块的功能在仿真阶段得到验证后，即可进行基于FPGA平台的板卡验证测试。冗余双CAN控制器IP软核作为CAN通信的链路层存在于FPGA内，以C语言编写的控制程序存储在FPGA内的cortex-m3中。选择两块板卡连接组成最简单的CAN通信系统，电脑通过CAN分析仪监控总线通信并判断各功能是否正常实现。 基于FPGA平台的冗余双CAN控制器的设计，拓宽了CAN控制器的兼容性，丰富了其内部寄存器的功能性，为后续CAN控制器的升级提供了延展性。由于设计时尽量避免选择FPGA内的硬核IP，因此还具有良好的移植性。通过定量分析计算与实物验证测试，设计的CAN控制器符合CAN总线相关标准要求，同时添加的冗余模块有效提升了通信的可靠度。通过应用于某车载系统，进一步验证了冗余双CAN控制器的可靠性。 |
| 作者： | 冯洋松 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 李鸿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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