基于FPGA的UART接口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì).pdf

1、近些年，隨著我國(guó)微小衛(wèi)星技術(shù)的迅速發(fā)展，各機(jī)構(gòu)紛紛在快速實(shí)現(xiàn)空間需求方面展開(kāi)了積極的研究，并提出了一系列基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星設(shè)計(jì)思想。為適應(yīng)航天技術(shù)日趨標(biāo)準(zhǔn)化及通用化的需求，本文針對(duì)微小型衛(wèi)星對(duì)綜合電子總線接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、可擴(kuò)展的要求，提出了一種基于FPGA的UART接口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)方法。
　　對(duì)國(guó)內(nèi)外即插即用衛(wèi)星的電子系統(tǒng)總線、電子接口標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)FPGA可編程器件的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了研究，提出了以CAN作為電子

2、系統(tǒng)總線的接口擴(kuò)展設(shè)計(jì)平臺(tái)，確定了基于FPGA的UART接口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊總體設(shè)計(jì)方案。該方案可以快速實(shí)現(xiàn)串口協(xié)議與CAN協(xié)議的轉(zhuǎn)換，此種設(shè)計(jì)方法提高了衛(wèi)星電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，縮短了衛(wèi)星研發(fā)周期。
　　對(duì)于CAN總線協(xié)議、UART串行通訊接口協(xié)議進(jìn)行了分析，并由此選定了本文轉(zhuǎn)換模塊的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，基于此標(biāo)準(zhǔn)確定了FPGA中各模塊具體功能劃分實(shí)現(xiàn)。依據(jù)以往FPGA芯片設(shè)計(jì)方法，論文運(yùn)用Verilog硬件語(yǔ)言狀態(tài)機(jī)編程實(shí)現(xiàn)FPGA的片

3、內(nèi)功能。本文對(duì)FPGA集成的CAN協(xié)議控制器IP核進(jìn)行了研究，它支持本文選擇的CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，在分析了其原理的基礎(chǔ)上為該控制器設(shè)計(jì)了控制模塊。由于CAN和UART兩接口間通訊存在不同步的問(wèn)題，論文設(shè)計(jì)了FIFO緩存隊(duì)列，用以保證數(shù)據(jù)信息的不丟失。依據(jù)傳統(tǒng)的UART控制器原理，本文提出了FPGA片內(nèi)通用異步收發(fā)器控制模塊的設(shè)計(jì)方法，它需要具備串并轉(zhuǎn)換功能，并實(shí)現(xiàn)與CAN模塊的數(shù)據(jù)傳輸。
　　對(duì)設(shè)計(jì)的接口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行了寄存器級(jí)軟件

4、仿真，以此來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的CAN控制模塊、UART接收器、UART發(fā)送器的功能，論文對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程進(jìn)行了具體說(shuō)明，并通過(guò)測(cè)試模塊收發(fā)一則消息來(lái)驗(yàn)證協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊傳輸數(shù)據(jù)的正確性。
　　最后搭建了協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊測(cè)試平臺(tái)，該測(cè)試系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、協(xié)議轉(zhuǎn)換單元、CAN總線等部分組成，基于該系統(tǒng)完成了CAN接口與UART接口數(shù)據(jù)的互傳測(cè)試，實(shí)物驗(yàn)證了接口協(xié)議轉(zhuǎn)換單元的功能。論文最后依據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)模塊的傳輸性能進(jìn)行了分析，論證了該設(shè)計(jì)方法應(yīng)用在衛(wèi)