基于fpga的can、1553b与usb总线的协议转换模块的研究与实现

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1、分类号：TP31单位代码：10183研究生学号：2013544111密级：公开吉林大学硕士学位论文基于FPGA的CAN、1553B与USB总线的协议转换模块的研究与实现DesignandImplementationofUSB-CAN、1553BConverterBasedonFPGA作者姓名：张明珠专业：软件工程研究方向：计算机应用指导教师：付宏教授培养单位：软件学院2016年4月基于FPGA的CAN、1553B与USB总线的协议转换模块的研究与实现DesignandImplementationofUSB-CAN、1553BConver

2、terBasedonFPGA作者姓名：张明珠专业名称：软件工程指导教师：付宏教授学位类别：工程硕士答辩日期：2016年5月28日未经本论文作者的书面授权，巧法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕±学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外

3、，本论文不包含任何其他个人或集体邑经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。，均已在文中明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；＾日期；２０１６年９月Ｚ日摘要基于FPGA的CAN、1553B与USB总线的协议转换模块的研究与实现1553B总线，其全称为MIL-STD-1553B总线。这是一种分布处理、集中控制的主从式总线，具有响应实时、故障容错以及性能稳定等特点。早期的机载设备相对独立，这就造成设备连接线束复杂，进而产生一系列的弊端。1553B总线的提出极大

4、的改善了线束复杂的问题，随着总线的发展，如今已经广泛应用于航天航空，空间探测，火控系统以及各种对稳定性要求极高的场景。CAN总线作为工业现场中优秀总线的代表，自诞生以来就得到了快速的发展，伴随着汽车行业井喷式的爆发,CAN总线的应用也随之得到了普及。由于CAN总线具有稳定性强,数据传输率高等特点，使其应用场景不局限于汽车电子，并逐渐被推广在工业现场、以及航天航空等各个领域。USB总线是转为计算机提出的与其外设之间进行通信的标准接口，这是一种传输速率极高（在最新的USB3.1标准中，速率达到10Gbps）的通用串行总线。USB总线接口具有

5、体积小巧，支持热插拔、即插即用、兼容性好、节省系统资源的特点，如今在几乎任意一台计算机设备上均能看到USB接口的身影。伴随着工业控制迅猛的步发展，设备间的数据交互与共享需求越来越强烈，但是设备间的接口往往不同，有的出于成本考虑，有的出于特定的应用，而有的因为设备随着时间的变迁而接口显得“老旧”。由于网络结构的差异以及底层协议相对独立，使得网络之间的操作和信息交换难以进行。同时，底层网络大多具有一定的封闭性，其扩展能力有限，这种情况在一定程度上限制了工业总线的发展与应用。工业总线多为服务于嵌入式系统，系统经常需要将数据上传至PC用于监控，

6、保存数据或进行实时交互，为解决以上问题本文提出了一种基于FPGA（XC6SLX75）为主控制器，以ARM（STM32F105VCT6）为CAN总线控制器，以CY7C68013作为USB总线控制器，以BU61580作为1553B总线控制器的协议转换设备。该协议转换模块分别将1553B总线以及CAN总线上的数据进行采集，通过FPGA进行数据包的解析与重封装处理，最终汇总于USB接口上传至计算机，同时也可以将上位机通过USB接口发送的数据解析成相应的CAN总线报文或1553B总线报文下发至相应的总线上。完成了传统USB-CAN以及USB-15

7、53B的协议转换功能，并且通过上位机软件将数据的解析与重封装，间接的实现了1553B-CAN总线的数据传输功能。可以通过计算机实现远程控制，远程监控I等功能，为进一步接入互联网提供了底层基础。本文充分的对CAN总线MIL-STD-1553B总线以及USB总线进行了深入的研究，系统通过汇总不同协议数据、缓存、增加指令码等方式，实现了不同总线报文的解码及重编码的方式，使计算机通过USB接口可以方便的识别各种总线的报文，并可以下发相应总线报文至总线。考虑1553B总线与CAN总线相对独立的特点，系统利用FPGA并行运算的特点，将1553B总线

8、与CAN总线的收发分割成两个相对独立的模块，互不干扰，正式基于此设计，两种总线数据在同时爆发大量数据的时候不会因为数据阻塞而导致数据丢包，保证了采集系统在原理上的可行性。最后，针对设计提出的功能指标进行了充