基于CANopen的芯片與虛擬設(shè)備設(shè)計及其硬件抽象層研究.pdf

1、隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，形成了以3C技術(shù)（Computer，Control，Communication）融合為特征的綜合應(yīng)用領(lǐng)域。CAN總線作為這一技術(shù)的杰出代表，廣泛的應(yīng)用于包括工業(yè)、汽車、樓宇等各種自動化控制領(lǐng)域。CAN總線協(xié)議僅僅定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范，形成了一個簡單、高效、全開放式的互聯(lián)模型。由CIA負(fù)責(zé)定制和維護的CANopen是一個基于CAN總線的高層協(xié)議，協(xié)議不僅提供了豐富的標(biāo)識符定義，具有良好的通用性和可擴展性

2、，并且為設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化提供了通用的設(shè)備模型。
　　 目前的CANopen設(shè)備局限于微處理器與CAN控制器架構(gòu)，采用軟件運行的方式，結(jié)構(gòu)單一，應(yīng)用環(huán)境的可擴展性較差。隨著算法硬件化思想的提出以及集成電路技術(shù)的成熟，通過將軟件集成為芯片，形成獨立于上位機和處理器的全功能設(shè)備，結(jié)構(gòu)更加簡單，同時具有更加高效和穩(wěn)定的工作能力。與此相反，硬件虛擬化技術(shù)要求采用軟件模擬實體設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能，形成以軟件處理為核心的虛擬設(shè)備，便于設(shè)備的設(shè)計，測試以

3、及系統(tǒng)的構(gòu)建。因此，擺脫設(shè)備結(jié)構(gòu)的單一性，設(shè)計具有差異CANopen設(shè)備，提高設(shè)備的專用性以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域，成為繼設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化之后，CANopen發(fā)展的又一個重要趨勢。
　　 與此同時，隨著應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)模的不斷擴大和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，基于局域網(wǎng)的CAN總線在節(jié)點組態(tài)和系統(tǒng)互聯(lián)方面遇到了瓶頸，需要能夠支持不同結(jié)構(gòu)設(shè)備互聯(lián)，多個CAN網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)甚至異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)的策略，以適應(yīng)應(yīng)用需求。
　　 針對現(xiàn)場總線發(fā)展的局限性，本文在系統(tǒng)

4、的分析CAN總線標(biāo)準(zhǔn)以及CANopen協(xié)議規(guī)范的基礎(chǔ)上，以協(xié)議棧設(shè)計為核心，提出了一個從設(shè)備設(shè)計到網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的整體設(shè)計方案。方案支持多種異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)，提高了設(shè)備和系統(tǒng)的靈活性，可以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，同時，采用硬件抽象層技術(shù)，提供了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計模式，降低了系統(tǒng)開發(fā)和使用的復(fù)雜度，為CAN總線未來的發(fā)展提供了一個的靈活的，標(biāo)準(zhǔn)化的思路。
　　 本文首先設(shè)計CANopen協(xié)議的FPGA芯片，并集成為CANopen芯片設(shè)備，同時采用