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

1、近些年，隨著我國微小衛(wèi)星技術(shù)的迅速發(fā)展，各機構(gòu)紛紛在快速實現(xiàn)空間需求方面展開了積極的研究，并提出了一系列基于即插即用技術(shù)的衛(wèi)星設(shè)計思想。為適應(yīng)航天技術(shù)日趨標準化及通用化的需求，本文針對微小型衛(wèi)星對綜合電子總線接口標準統(tǒng)一、可擴展的要求，提出了一種基于FPGA的UART接口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計方法。
　　對國內(nèi)外即插即用衛(wèi)星的電子系統(tǒng)總線、電子接口標準等技術(shù)進行了分析，并對FPGA可編程器件的技術(shù)發(fā)展進行了研究，提出了以CAN作為電子

2、系統(tǒng)總線的接口擴展設(shè)計平臺，確定了基于FPGA的UART接口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊總體設(shè)計方案。該方案可以快速實現(xiàn)串口協(xié)議與CAN協(xié)議的轉(zhuǎn)換，此種設(shè)計方法提高了衛(wèi)星電子系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，縮短了衛(wèi)星研發(fā)周期。
　　對于CAN總線協(xié)議、UART串行通訊接口協(xié)議進行了分析，并由此選定了本文轉(zhuǎn)換模塊的通信協(xié)議標準，基于此標準確定了FPGA中各模塊具體功能劃分實現(xiàn)。依據(jù)以往FPGA芯片設(shè)計方法，論文運用Verilog硬件語言狀態(tài)機編程實現(xiàn)FPGA的片

3、內(nèi)功能。本文對FPGA集成的CAN協(xié)議控制器IP核進行了研究，它支持本文選擇的CAN協(xié)議標準，在分析了其原理的基礎(chǔ)上為該控制器設(shè)計了控制模塊。由于CAN和UART兩接口間通訊存在不同步的問題，論文設(shè)計了FIFO緩存隊列，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)計方法，它需要具備串并轉(zhuǎn)換功能，并實現(xiàn)與CAN模塊的數(shù)據(jù)傳輸。
　　對設(shè)計的接口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊進行了寄存器級軟件

4、仿真，以此來驗證設(shè)計的CAN控制模塊、UART接收器、UART發(fā)送器的功能，論文對數(shù)據(jù)的傳輸過程進行了具體說明，并通過測試模塊收發(fā)一則消息來驗證協(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)換模塊測試平臺，該測試系統(tǒng)主要由計算機、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)的互傳測試，實物驗證了接口協(xié)議轉(zhuǎn)換單元的功能。論文最后依據(jù)測試結(jié)果對模塊的傳輸性能進行了分析，論證了該設(shè)計方法應(yīng)用在衛(wèi)