基于FPGA的嵌入式Ethernet-CAN通信转换卡设计

计算机应用 ›› 2012, Vol. 32 ›› Issue (05): 1247-1250.

基于FPGA的嵌入式Ethernet-CAN通信转换卡设计

王方方¹,易灵芝¹,陈海燕¹,陆启湘²

1. 湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭 411105
2. 南京佳品数控设备有限公司研发中心，南京211504

收稿日期:2011-11-01 修回日期:2011-12-14 发布日期:2012-05-01 出版日期:2012-05-01
通讯作者: 王方方
作者简介:王方方(1984-)，男，山东菏泽人，助理工程师，硕士研究生，主要研究方向：电力电子装置；易灵芝(1966-)，女，湖南宁乡人，教授，主要研究方向：新能源发电控制、交流调速与电力电子装置；陈海燕(1983-)，女，贵州铜仁人，助理工程师，硕士研究生，主要研究方向：电力电子装置；陆启湘(1944-)，男，美籍华人，高级工程师，硕士，主要研究方向：交流伺服驱动与数控系统。
基金资助:
湖南省自然科学湘潭联合基金资助项目(11JJ8004);教育部课题资助项目(2009-ZX-052);湖南省科技厅资助项目(2010FJ3116)

Design of embedded Ethernet-CAN communication card based on FPGA

WANG Fang-fang¹,YI Ling-zhi¹,CHEN Hai-yan¹,LU Qi-xiang²

1. College of Information Engineering, Xiangtan University, Xiangtan Hunan 411105, China
2. Research and Development Center, Nanjing Champion CNC Equipment Corporation Limited, Nanjing Jiangsu 211504, China

Received:2011-11-01 Revised:2011-12-14 Online:2012-05-01 Published:2012-05-01
Contact: WANG Fang-fang

摘要/Abstract

摘要： 为实现CAN总线与PC通信，便于CAN总线数据的远程监控，提出一种新的基于现场可编程门阵列（FPGA）的多路CAN总线转Ethernet接口方案，以嵌入FPGA的NiosⅡ作为主控制器，MCP2515为CAN总线控制器，88E1111为以太网PHY芯片。利用可编程片上系统（SOPC）技术搭建了系统的硬件模型，在NiosⅡ IDE软件开发环境中，完成CAN控制器、以太网初始化和Ethernet-CAN转换程序。以数控系统中交流伺服驱动器为应用背景，实验结果表明：该转换卡完全满足以太网和CAN总线通信要求，方便地将CAN总线数据接入工业以太网，用户通过网络可方便地实现对工业底层的监控。

关键词: 现场可编程门阵列, CAN总线, 嵌入式以太网, TCP/IP协议, 交流伺服驱动器

Abstract: In order to realize the CAN bus communication with PC and remote monitoring, a design method of the embedded Ethernet-CAN communication transform card based on FPGA was proposed. The design chose the embedded soft processors Nios Ⅱ in FPGA as the main control chip, MCP2515 as the CAN bus controller and 88E1111 as the Ethernet PHY chip. A system hardware model was built with the SOPC (System-On-a-Programmable-Chip) technology, and the CAN controller, Ethernet initialization and the Ethernet-CAN conversion process were completed in the Nios Ⅱ IDE （Integrated Development Environment）.The experimental results show that the design completely meets the requirements of the Ethernet and CAN bus communication.

Key words: Field Programmable Gate Array (FPGA), Controller Area Network （CAN） bus, embedded Ethernet, TCP/IP protocol, AC servo driver

中图分类号:

TP274

王方方易灵芝陈海燕陆启湘. 基于FPGA的嵌入式Ethernet-CAN通信转换卡设计[J]. 计算机应用, 2012, 32(05): 1247-1250.

WANG Fang-fang YI Ling-zhi CHEN Hai-yan LU Qi-xiang. Design of embedded Ethernet-CAN communication card based on FPGA[J]. Journal of Computer Applications, 2012, 32(05): 1247-1250.

参考文献

［1］RAN PING, WANG BAOQIANG, WANG WEI. The design of communication convertor based on CAN bus ［C］ // ICIT 2008: IEEE International Conference on Industrial Technology. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2008: 1-5.

［2］HU NAIPING, LI LU. The research and design of the CAN bus to Ethernet gateway based on SSL ［C］// Proceedings of the 2009 Second International Workshop on Computer Science and Engineering. Washington, DC: IEEE Computer Society

, 2009: 135-138.

［3］饶运涛，邹继军，郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术［M］.2版.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

［4］顾超，宋宝，唐小琦.总线式数控系统中PCI接口控制器的FPGA实现与应用［J］.计算机应用，2011,31(2):565-567.

［5］沈永军，祝跃飞，张长河.PCI设备的安全性分析［J］.计算机工程，2011,37(19):111-113.

［6］熊松.基于PCI总线的数据采集卡的实现［D］.南京：东南大学，2008.

［7］KHALILZAD N M, YEKEH F, ASPLUND L, et al. FPGA implementation of real-time Ethernet communication using RMII interface ［C］// ICCSN 2011: IEEE 3rd International Conference on Communication Software and Networks. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2011: 35-39.

［8］龚钶.基于NiosⅡ的微波干涉测速系统电路及软件接口设计［D］.南京：南京理工大学，2009.

［9］李兰英.NiosⅡ嵌入式软核SOPC设计原理及应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2006.

［10］杨国林.基于NiosⅡ处理器的SOPC应用平台的研究与应用［D］.济南：山东大学，2008.

［11］朱奕丹，方怡冰.基于FPGA的图像采集与VGA显示系统［J］.计算机应用，2011,31(5):1258-1261.

［12］周立功.SOPC嵌入式系统基础教程［M］.北京:北京航空航天大学出版社,2006.

［13］HU WEI. Research and application of embedded network based on SOPC technology ［J］. IEEE System Platform and Network Communication, 2007, 6(4): 40-75.

［14］ZHANG HAIHENG, WANG JINGDONG, TONG YAO. Design of automatic lock devices based on the MCP2515 CAN-bus ［C］// ICDMA 2010: IEEE International Conference on Digital Manufacturing and Automation. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2010: 503-505.

［15］LIU XINGQIAO, GONG XIAOXIA. Research on salinity detecting based on embedded CAN-Ethernet gateway［C］// ICMTMA 2009: International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation. Washington, DC: IEEE Computer Society, 2009: 257-260.

[1]	申云飞, 申飞, 李芳, 张俊. 基于张量虚拟机的深度神经网络模型加速方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(9): 2836-2844.
[2]	马英杰, 肖靖, 赵耿, 曾萍, 杨亚涛. 可控网格多涡卷混沌系统族及其硬件电路实现[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(3): 956-961.
[3]	宋斌威, 王耀. 面向FPGA 知识产权保护的低开销按次付费授权方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(10): 3142-3148.
[4]	许英鑫, 孙磊, 赵建成, 郭松辉. 基于蚁群优化算法的虚拟现场可编程门阵列部署策略[J]. 计算机应用, 2020, 40(3): 747-752.
[5]	李中伟, 谭凯, 关亚东, 姜文淇, 叶麟. 车载CAN总线脱离攻击及其入侵检测算法[J]. 计算机应用, 2020, 40(11): 3224-3228.
[6]	雷小康, 尹志刚, 赵瑞莲. 基于FPGA的卷积神经网络定点加速[J]. 计算机应用, 2020, 40(10): 2811-2816.
[7]	谭海清, 陈正国, 陈微, 肖侬. 基于FPGA的DDR3协议解析逻辑设计[J]. 计算机应用, 2017, 37(5): 1223-1228.
[8]	麦涛涛, 潘晓中, 王亚奇, 苏阳. 基于预定义类的紧凑型正则表达式匹配算法[J]. 计算机应用, 2017, 37(2): 397-401.
[9]	薛俊, 段发阶, 蒋佳佳, 李彦超, 袁建富, 王宪全. 基于Matlab的并行循环冗余校验Verilog代码自动生成方法[J]. 计算机应用, 2016, 36(9): 2503-2507.
[10]	卓艳男, 刘强, 姜磊, 戴琼. 基于FPGA改进电路的高性能正则表达式匹配算法[J]. 计算机应用, 2016, 36(4): 927-930.
[11]	辛小霞, 王奕, 李仁发. 基于现场可编程门阵列的SMS4故障检测实现[J]. 计算机应用, 2015, 35(2): 420-423.
[12]	段小虎崔爽. 通用嵌入式串行时间码采集系统设计[J]. 计算机应用, 2014, 34(4): 1222-1226.
[13]	李凯何松华欧建平. Virtex-5 GTP和Virtex-6 GTX间匹配通信研究及应用[J]. 计算机应用, 2014, 34(2): 325-328.
[14]	张文凯关桂霞赵海盟王明志吴太夏晏磊. 小卫星模拟系统中多路串行通信系统设计[J]. 计算机应用, 2013, 33(12): 3477-3481.
[15]	琚小明张皆浩张逸中. 基于FPGA实时错误检测技术[J]. 计算机应用, 2013, 33(05): 1459-1462.