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CAN总线是现场总线的一种，因为其成本低、容错能力强、支持分布式控制、通信速率高等优点在汽车、工业控制、航天等领域得到广泛应用。但是计算机没有CAN总线接口，为了进行CAN总线的调试，必须具有专用的适配卡才能实现与计算机的通信。目前常用的CAN转换器是基于单片机设计的，一般只适用于单路CAN总线的数据转换，可扩展性差。
在小卫星相机下位机系统中使用了多种总线，如CAN总线与卫星管理计算机的通信；RS422(或RS485)总线与成像单元等下行单元的通信。在进行相机下位机系统地面调试时，可能需要多种总线转换器。采用FPGA将不同总线协议转换成USB2．0、RS232等可与计算机直接交换数据的协议，可增强设计的灵活性，降低设计的成本和复杂性，且可实现多路总线的数据通信接口。
这里以CAN总线通信接口为例，详细论述了基于FPGA的CAN总线转换USB接口的设计方案。

1 系统硬件组成
实现CAN总线与计算机双向通信接口的核心是FPGA。它首先接收来自CAN总线的数据，保存在FPGA内部设计的FIF0缓存中，经过内部数据格式的转换后，由USB控制器读取并上传给计算机。而总线数据注入过程的数据流向与之相反。FPCA选用Xilinx公司的Spartan3的XC3S200，系统硬件结构如图l所示。

1．1 USB接口电路
USB是一种支持即插即用及热插拔的串行总线，它具有传输速率高、连接灵活、使用方便等优点。CYPRESS公司的EZ-USB芯片CY7C68013A支持USB2．0协议，通信可靠，传输速率可达480 Mb／s。CY7C68013A工作在SLAVE FIF0异步通信方式下，接口电路如图2所示。

SLAVE FIFO异步写周期中，高电平需维持70ns，低电平需维持50ns，理论最高传输速率为8Mb／s，而CAN总线的最高传输速率为1Mb／s，符合通信要求。端口PA0～PA1用作USB控制器端向FPGA发送读写命令的控制线，由USB固件程序配合上位机端自定义请求代码产生PA端口的控制信号。另外使用了EEPROM芯片24LC128存放USB固件程序。
1．2 CAN总线接口电路
选用Philips公司的SJA1000作为CAN控制器，采用PCA82C250作为CAN收发器，并在CAN控制器与收发器之间使用6N137进行光电隔离，以增强抗干扰能力。将MODE引脚接高电平即SJA1000工作在INTEL模式，引脚与复位芯片MAX706T的RESET引脚相连，进行全局复位。在FPGA与SJA1000连接时需要使用741V164245电平转换器完成CAN总线5 V TTL电平向3．3 V FPGA I／O电平的转换。另外，SJA1000的RX1引脚与PCA-82C 250的VREF引脚相连，使用输入比较器旁路功能，可减少内部延时，增加正常通信的总线长度。具体的接口电路如图3所示。

关键词： FPGA CAN 总线通信 接口的设计