[发明专利]基于SOC技术的集成CN总线节点芯片结构

说明书

技术领域

本发明涉及CAN总线集成电路，具体讲,涉及基于SOC技术的集成CN总线节点芯片结构。

背景技术

无线传感器具有有线技术无法取代的优势，因其成本低廉、灵活性高等特点逐步渗透到工业控制的各个环节，结合现场总线可实现传感器与上位控制机的可靠数据传输。例如，在汽车直接式压力轮胎监测系统应用中，需利用轮胎内部的无线压力传感器获得轮胎内的气压数据，并且通过CAN(Controller Area Network)总线传输至上位控制机用以判断轮胎气压是否异常，之后加以控制保持轮胎内气压正常。SOC(System on Chip)即片上系统，将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上，它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。SOC是集成电路发展的必然趋势，是技术发展的必然，也是IC产业未来的发展。

CAN控制器局域网络是ISO国际标准化的串行现场总线通信协议，以其高可靠性、高传输速率、高实时性等特点，广泛应用于汽车电子、工业控制、航空电子和医疗器械等领域。在传统分布式无线传感器CAN总线数据通信系统中，通信节点主要包括无线传感器、主控制器、CAN控制器和CAN收发器，图1为传统无线传感器CAN总线网络及节点的实现方式示意图。在传统的通信系统中主控制器、CAN控制器和收发器需使用分立的芯片，节点的集成度较低，CAN总线通信系统设计人员需要对主控制器、CAN控制器和收发器分别进行调试，增加了系统设计人员的设计与调试难度。为解决以上问题，本文基于SOC设计技术并根据CAN总线标准协议CAN2.0B，采用混合信号集成电路设计技术设计了一款集成主控制器、CAN总线控制器和收发器的高速通信芯片，简化CAN总线通信系统的节点设计，提高了系统的稳定性与可靠性。

参考文献：

[1]尹光洪.基于CAN总线的低功耗无线传感器网络研究与实现[D].长沙：国防科技大学，2009。

[2]李晓，李芮，王志斌，韩枫.基于DSP和FPGA的CAN总线通信系统设计[J].计算机测量与控制，2015，23(1)：284-286。

[3]Chun Hua，Zeng Ming Pan，Si Yang Wang.CAN Bus Communication System Based On SOC Technology[C].International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems(ICISS)，2010：322–325。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出集成CN总线节点芯片结构，简化CAN总线通信系统的节点设计，减小CAN总线通信系统设计人员的设计与调试难度，提高系统的稳定性与可靠性。为此，本发明采用的技术方案是，基于SOC技术的集成CN总线节点芯片，由总控制器、CAN总线协议控制器单元、收发电路单元构成，总控制器用于实现对CAN总线协议控制器的寄存器配置并且完成数据的读出与写入；CAN总线协议控制器单元用于实现CAN总线数据链路层内容，包括数据成帧、错误检测和验收滤波；CAN收发电路单元实现CAN总线物理层内容，完成物理总线电平与逻辑电平的转换。

总控制器为单片机ip核，包括CPU、存储器、控制器和I/O口，其中CPU是处理数据位宽为8bit的中央处理器单元，一次处理一个8bit的二进制数，而且数据是按照字节为单位而进行处理的，单片机ip核通过I/O口实现与CAN控制器的连接。

CAN总线协议控制器单元，具体由子模块REGISTERS、BTL、BSP构成，同时完成与三态接口、三态PAD有关的接口逻辑转换；其中，REGISTERS：实现接口管理逻辑的部分功能，解释来自CPU的命令，控制CAN寄存器的寻址，实现内部寄存器的读写，并向主控制器提供中断信息和状态信息；BTL：实现位时序逻辑功能，在报文起始处对总线传输数据与CAN总线上的位数据流进行同步，在之后接收报文的过程中，对时序偏差进行再次同步；BSP：实现位流处理器和错误管理逻辑的功能，包括子模块ACF、FIFO，执行CAN总线模块的错误检测、仲裁、填充和故障处理；ACF：用于实现验收滤波器功能，通过对总线上接收到报文帧的控制域进行验收滤波和验收屏蔽，确定其是否能够通过滤波进入接收缓冲器；FIFO：BSP子模块，用于存储从CAN总线上接收到并被确认的信息，并且对接收到的报文数目进行计数，同时在数据溢出时产生溢出信号。