一种用于舰船冗余网络的高速can总线扩展板的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及舰船监控领域，涉及一种用于舰船冗余网络的高速CAN总线扩展板，包括FLASH结构FPGA芯片、CAN总线控制器和CAN总线物理芯片，FLASH结构FPGA芯片、CAN总线控制器和CAN总线物理芯片依次顺接，CAN总线控制器和CAN总线物理芯片皆至少两路并联。本实用新型使用FLASH结构FPGA芯片进行总线时序逻辑转换，减少了中间转换环节，间接减轻了主处理器程序运行负担和故障风险；中间转换环节的减少降低了器件数量，降低了CAN总线扩展板的成本。由于减少了信号路径的时间，有效提高了转换效率和CAN总线传输速率。
【专利说明】
一种用于舰船冗余网络的高速CAN总线扩展板
技术领域
[0001]本实用新型涉及舰船监控领域，特别涉及一种用于舰船冗余网络的高速CAN总线扩展板。
【背景技术】
[0002]CAN(控制器局域网络)总线作为工业现场总线的一种，它凭借卓越的特性、极高的可靠信与独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互联。与其他的通信总线相比，CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性。目前，CAN总线不仅在汽车领域，而且在电梯、消费电子、舰船、工程机械等自动化领域，甚至是航空航天领域得到了广泛的应用。
[0003]在舰船监控领域，对安全性要求比较高。为了满足一定的安全级别，需要使用系统冗余机制。把CAN总线应用于舰船自动化已经成为控制领域的一种趋势；由于CAN总线一开始并不是针对安全领域开发的，它对系统冗余的支持具有一定的不足。而PC104总线标准(一种工业计算机总线标准)是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统，已广泛应用于各种舰船控制台、机舱机箱等场合。因此，人们设计了基于PC104总线结构的CAN扩展板。
[0004]目前，基于PC104总线结构的CAN扩展板已普遍应用于各种船自动化监控设备中。但是由于PC104总线标准的定义，其总线形式为数据和地址独立;而CAN控制芯片的并行总线形式一般为数据和地址复用，故而两种总线之间需要一个总线转译的机制，而转译的速度直接影响到CAN总线通讯速度。
[0005]现有CAN总线扩展板，多采用中间处理器来操作交换CAN控制器内的数据或采用两次读写的方式。前者主处理器通过与中间处理器再通讯或是通过双端RAM的读取来实现主处理器CAN总线数据收发，由于增加了中间处理器或双端RAM，在提高扩展卡成本的同时会对实际应用造成不良的影响，比如中间处理器的程序运行时间和效率会增加CAN总线数据传输所需的时间，中间处理器的增加会增加程序运行的故障风险以及增加主处理器运行负担和故障风险。而后者每个数据的读写需要两个读写周期完成，增加了数据读写的时间，降低了 CAN数据传输速率。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型需解决的技术问题是提供一种CAN总线扩展板，所述CAN总线扩展板数据转换效率高。
[0007]为了解决上述问题，本实用新型提供一种用于舰船冗余网络的高速CAN总线扩展板，包括FLASH结构FPGA芯片、CAN总线控制器和CAN总线物理芯片，FLASH结构FPGA芯片、CAN总线控制器和CAN总线物理芯片依次顺接，CAN总线控制器和CAN总线物理芯片皆至少两路并联；
[0008]所述FLASH结构FPGA芯片的构成包括PC104总线控制模块、20位内存地址转换模块、12位基地址比较模块、CAN地址控制模块、中断选择处理模块和开关量控制模块；
[0009]PC104总线控制模块接收并储存PC104总线信号，并根据PC104总线信号中的控制信号，将PC104总线信号中的地址信号及数据信号分配给20位内存地址比较转换模块和12位基地址比较模块；以及，将CAN地址控制模块传回的数据信号输出到PC104总线；
[0010]20位内存地址转换模块将PC104总线控制模块输出的PC104总线地址信号转换为CAN总线控制器对应的地址信号；
[0011]CAN地址控制模块接收20位内存地址转换模块转换的地址信号和PC104总线信号中的控制信号，生成CAN总线控制器的接口信号；以及接收CAN总线控制器传回的数据信号，并将数据信号传输到PC104总线控制模块；
[0012]12位基地址比较模块接收PC104总线控制模块输出的PC104总线地址信号及数据信号;根据PC104总线地址信号，判断进行中断选择处理模块的操作还是开关量控制模块的操作;然后将数据信号发送至中断选择处理模块或开关量控制模块进行操作；
[0013]中断选择处理模块时刻接收CAN总线控制器的中断信号，根据12位基地址比较模块发送来的数据信号进行CAN总线控制器中断信号与PC104总线中断信号的对应；
[0014]开关量控制模块连接CAN总线扩展板的外设接口，根据12位基地址比较模块发送来的数据信号对连接的外设设备进行开关选择。
[0015]进一步，PC104总线接口连接所述FLASH结构FPGA芯片，CAN总线接口连接所述CAN总线物理芯片。
[0016]进一步，所述CAN总线扩展板还包括用于抗外部干扰信号的光耦隔离电路。
[0017]本实用新型使用FLASH结构FPGA芯片进行总线时序逻辑转换，减少了中间转换环节，间接减轻了主处理器程序运行负担和故障风险；中间转换环节的减少降低了器件数量，降低了CAN总线扩展板的成本。由于减少了信号路径的时间，有效提高了转换效率和CAN总线传输速率。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型CAN总线扩展板的结构框图；
[0019]图2为本实用新型FLASH结构FPGA芯片的结构框图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0021]如图1所示，本实用新型提供一种用于舰船冗余网络的高速CAN总线扩展板，包括顺次连接的PC104总线接口 5、FLASH结构FPGA芯片1、CAN总线控制器2、光耦隔离电路4、CAN总线物理芯片3和CAN总线接口 6，PC104总线接口 5、FLASH结构FPGA芯片1、CAN总线控制器2、光耦隔离电路4、CAN总线物理芯片3和CAN总线接口 6顺次连接，CAN总线控制器2和CAN总线物理芯片3皆至少两路并联。
[0022]如图2所示，所述FLASH结构FPGA芯片I的构成包括PC104总线控制模块11、20位内存地址转换模块12、12位基地址比较模块13(和图2描述不一致)、CAN地址控制模块14、中断选择处理模块15和开关量控制模块16。
[0023]PC104总线控制模块11接收并储存PC104总线信号，并根据PC104总线信号中的控制信号，将PC104总线信号中的地址信号及数据信号分配给20位内存地址比较转换模块12和12位基地址比较模块13，以及将CAN地址控制模块14传回的数据信号输出到PC104总线；
[0024]20位内存地址转换模块12将PC104总线控制模块11输出的PC104总线地址信号转换为CAN总线控制器对应的地址信号；
[0025]CAN地址控制模块14接收20位内存地址转换模块12转换的地址信号和PC104总线信号中的控制信号，生成CAN总线控制器的接口信号；以及接收CAN总线控制器传回的数据信号，并将数据信号传输到PC104总线控制模块11;
[0026]12位基地址比较模块13接收PC104总线控制模块11输出的PC104总线地址信号及数据信号;根据PC104总线地址信号，判断进行中断选择处理模块15的操作还是开关量控制模块16的操作;然后将数据信号发送至中断选择处理模块15或开关量控制模块16进行操作；
[0027]中断选择处理模块15时刻接收CAN总线控制器的中断信号，根据12位基地址比较模块13发送来的数据信号进行CAN总线控制器中断信号与PC104总线中断信号的对应；
[0028]开关量控制模块16连接CAN总线扩展板的外设接口，根据12位基地址比较模块13发送来的数据信号对连接的外设设备进行开关选择。
[0029]本实用新型FLASH结构FPGA芯片采用Actel公司的ProASIC3系列的FPGA:A3P0301VQG100I。
[0030]所述光耦隔离电路4用于抗外部干扰信号。
[0031]本实用新型解决了现有存在的中间环节多、数据转换速度慢、可靠性较低的问题，而且减少了中间处理器程序运行的故障风险。
[0032]以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
【主权项】
1.一种用于舰船冗余网络的高速CAN总线扩展板，其特征在于，包括FLASH结构FPGA芯片(I)、CAN总线控制器(2)和CAN总线物理芯片(3)，FLASH结构FPGA芯片(I)、CAN总线控制器(2)和CAN总线物理芯片(3)依次顺接，CAN总线控制器(2)和CAN总线物理芯片(3)皆至少两路并联； 所述FLASH结构FPGA芯片(I)的构成包括PCl04总线控制模块(II)、20位内存地址转换模块(I2)、12位基地址比较模块(13)、CAN地址控制模块(I4)、中断选择处理模块(15)和开关量控制模块(16); PC104总线控制模块(11)接收并储存PC104总线信号，并根据PC104总线信号中的控制信号，将PC104总线信号中的地址信号及数据信号分配给20位内存地址比较转换模块(12)和12位基地址比较模块(I3);以及，将CAN地址控制模块(I4)传回的数据信号输出到PC104总线； 20位内存地址转换模块(12)将PC104总线控制模块(11)输出的PC104总线地址信号转换为CAN总线控制器对应的地址信号； CAN地址控制模块(14)接收20位内存地址转换模块(12)转换的地址信号和PC104总线信号中的控制信号，生成CAN总线控制器的接口信号；以及接收CAN总线控制器传回的数据信号，并将数据信号传输到PC104总线控制模块(11); 12位基地址比较模块(13)接收PC104总线控制模块(11)输出的PC104总线地址信号及数据信号;根据PC104总线地址信号，判断进行中断选择处理模块(15)的操作还是开关量控制模块(16)的操作;然后将数据信号发送至中断选择处理模块(15)或开关量控制模块(16)进行操作； 中断选择处理模块(15)时刻接收CAN总线控制器的中断信号，根据12位基地址比较模块(13)发送来的数据信号进行CAN总线控制器中断信号与PC104总线中断信号的对应； 开关量控制模块(16)连接CAN总线扩展板的外设接口，根据12位基地址比较模块(13)发送来的数据信号对连接的外设设备进行开关选择。2.如权利要求1所述的CAN总线扩展板，其特征在于，PC104总线接口(5)连接所述FLASH结构FPGA芯片(I)，CAN总线接口( 6)连接所述CAN总线物理芯片(3)。3.如权利要求1或2所述的CAN总线扩展板，其特征在于，所述CAN总线扩展板还包括用于抗外部干扰信号的光耦隔离电路(4)。
【文档编号】G05B19/042GK205507453SQ201620257336
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】戈亮, 杨柳涛, 曹云峰, 钟欣
【申请人】上海船舶运输科学研究所