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can总线毕业论文开题报告

时间:2018-04-19 来源:未知 作者:学术堂 本文字数:5350字
  目前国际上还没有以光纤为传输介质的CAN总线物理层标准。提出了一种以光纤为传输介质的CAN总线集线器和基于该集线器的组网方法。在总结了双绞线介质CAN总线物理层3个特点的基础上,详细讨论了该集线器的工作原理和设计方法。以下是我们整理的can总线毕业论文开题报告,供你参考借鉴。
  
  题目:一款DSP中CAN总线控制器的研究与设计
  
  一、课题研究背景与意义
  
  数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)是一种适用于实时快速地处理数字信号的微处理器。随着集成电路技术和信息技术的飞速发展,现代DSP芯片应用范围越来越广,功能也越来越强大,芯片复杂度也急剧增加。将众多外设器件集成在一个系统内已经成为一种趋势,它不仅可以缩减成本,减少系统面积,使系统更为轻巧、方便,而且也可以提高系统内数据的交换速率,提高芯片性能。在工业控制领域,计算机系统需要高速地对加工指令做出反应,使机床工作在亚微米级的线性移动精度,高速处理并计算电机的移动量。
  
  DSP的数据吞吐能力高达数十MIPS,同时其周期短至几十纳秒,所以DSP芯片应用于工业控制方面就显得得心应手。此时急需寻找一种安全可靠的数据传输协议,实时快速地传输这些指令与数据。这时,在现场总线的应用上,CAN总线凭借其优越的特点逐渐崛起,成为了应用最广泛的现场总线之一,二者结合成为必然。
  
  控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)模块作为DSP芯片的一个重要集成外设,是用于CAN总线实时通信的总线控制器,为DSP在工业控制领域开拓了一方天地。
  
  CAN总线是一种实时的异步串行通信网络,其支持多主机通信,也就是说一条总线上可以挂多个主机进行通信。CAN总线具有许多优越的特点,包括:传输速率快,传播距离远,总线利用率高,抗干扰性强等。
  
  因此,将CAN总线控制器嵌入到数字信号处理器芯片中,把高运算速度的DSP内核和CAN总线技术相结合,能够提高数据传输的可靠性,增强DSP的系统功能,是一种很有价值的通信系统构成方案。
  
  二、发展与现状
  
  在DSP出现之前,数字信号处理只能依靠微处理器来完成,但是微处理器的运算速度无法满足繁杂信息的实时高速的运算要求。到了上世纪70年代,基于数字信号处理的理论基础,出现了一些由分立元件搭建的DSP系统,但仅限于军事和国防领域。到了80年代,随着大规模集成电路技术和半导体技术的发展,第一代DSP芯片TMS32010诞生,其具有独立的硬件乘法器,速度相比于微处理器快了几十倍,并且在语音合成,编码译码中得到了广泛应用。经过了多年的发展,DSP芯片不断更新换代,现在的DSP属于第5代产品,相比于前几代DSP芯片,其性能和系统集成度大大提高。高速运算的DSP内核与丰富的片内外设被集成在一块DSP芯片上,使其迅速在各个领域大显身手,并逐渐渗透到人们的日常生活之中。如今DSP已经成为通信,计算机,消费类电子,工业控制等领域的基础器件。
  
  CAN总线几乎和第一代DSP芯片同时诞生,但是在相当一段时间里,二者发展相互独立。
  
  CAN总线最初出现在上世纪80年代末的汽车工业里,intel公司,奔驰公司和德国柏林工业大学参与研发,主要用于给汽车环境中的大量仪器仪表和控制装置进行通信。经过多年的修改和完善,如今CAN总线协议发展到CAN2.0版本,成为了ISO国际标准化的串行通信协议。对于CAN总线控制器芯片的研究也在不断的发展,1987年,intel公司研发了首枚CAN控制器芯片82526,这是CAN协议的第一个硬件实现。随后飞利浦半导体业研发了其CAN控制器芯片82C200.
  
  现在对CAN总线芯片的研究已经不再局限于单一芯片的研发,而是把所有的功能都集成在一块芯片上实现一个完整的ECU的功能。国外的一些集成电路制造厂商(如Intel,NXP,Siemens,TI等)纷纷推出CAN总线接口芯片和微处理器芯片,并且正在逐步形成各自的系列产品。应用比较广泛的有NXP公司的LPC2000系列的ARM微控制器,TI公司的C2000系列的DSP芯片等。CAN总线控制器和DSP芯片的结合也是顺应市场的趋势。
  
  TI公司的C2000系列DSP就是主要用于工业控制领域的产品。其CAN控制器为DSP提供了完整的CAN2.0B协议,减少了通信时CPU的开销,为DSP数据传输提供了可靠的保障。
  
  二者的结合,很快为TI公司赢得了可观的收益,据报道,TI公司仅一款C28系列的DSP芯片,一年就能在中国大陆市场销售几十亿人民币。
  
  当前,我国DSP技术主要偏向于应用领域,国内能够自主设计DSP芯片的公司寥寥无几,即便如此,设计出的DSP芯片也大多面向低端市场,缺乏核心竞争力。
  
  如今,进入工业4.0时代,设计一款国产内嵌CAN总线控制器的DSP芯片显得意义重大。
  
  三、课题介绍
  

  本课题来源于实习公司的一款应用于工业控制领域的DSP芯片ADP16项目,其中CAN总线控制器是该DSP芯片的重要集成外设。
  
  ADP16是一款16位定点低功耗的DSP芯片,配置了丰富的片内外设和片内存储器,其最高频率可达100 MHz.
  
  ADP16 DSP芯片采用的是哈佛总线结构,核内使用6组总线,可以同时访问数据空间和程序空间。
  
  ADP16支持100多条指令和多种寻址方式,包括立即数寻址、直接寻址和间接寻址,指令运行采用四级流水线的方式,包括取址、译码、取操作数和执行。它的外设总线被映射到数据存储空间,通过一个系统接口模块和数据总线连接,所以,能够操作数据存储空间的指令一般也能够操作外设寄存器。
  
  ADP16DSP的外设包括事件管理器(EV),模数转换器(ADC),看门狗定时器(WD),还有三个用于DSP与外部进行通信的外设:串行外设接口(SPI),串行通讯接口(SCI)和CAN总线控制器。本文主要针对ADP16 DSP的CAN总线控制器进行研究和设计。
  
  对于一款应用于工业控制领域的DSP芯片而言,CAN总线控制器发挥着举足轻重的作用。相对于DSP中的其他通信外设:SPI和SCI,CAN总线控制器也有其独特的优势。三者同为串行通信接口,SCI采用异步的一对一的全双工通信,SPI采用同步一对多的全双工通信,CAN是异步的多对多的通信方式,并且不需要从机地址,数据传播速度快,传输更加安全稳定。本设计中的CAN总线控制器是一个16位的DSP外设模块,根据功能需求分析,具有以下特性:完全支持CAN2.0B协议;可编程中断配置;可编程总线唤醒功能;可配置通信波特率,最大的通信波特率可以达到1 Mpbs;自动回复远程请求;提供6个邮箱用来存储发送和接收的数据;发现错误或者失去总线仲裁时能够自动重新发送;能运行在自测试模式。
  
  四、提纲
  
  第1章 绪论
  
  1.1课题研究背景与意义
  
  1.2发展与现状
  
  1.3课题介绍
  
  1.4研究内容
  
  1.5论文结构
  
  第2章CAN总线协议研究
  
  2.1 CAN总线的基本概念
  
  2.2 CAN的分层结构
  
  2.3 CAN总线的帧格式与类型
  
  2.3.1数据帧
  
  2.3.2远程帧
  
  2.3.3错误帧
  
  2.3.4过载帧
  
  2.3.5帧间空间
  
  2.3.6位仲裁
  
  2.4 CAN总线位定时和同步机制
  
  2.4.1位定时
  
  2.4.2同步机制
  
  2.5 CAN总线错误处理
  
  2.5.1错误类型
  
  2.5.2错误处理
  
  2.6本章小结
  
  第3章DSP中CAN总线控制器的设计与仿真
  
  3.1 CAN控制器的整体设计
  
  3.1.1 DSP内嵌CAN控制器的结构
  
  3.1.2 DSP内嵌CAN控制器的结构
  
  3.2 CAN控制器的整体设计
  
  3.2.1 CAN寄存器功能定义
  
  3.2.2寄存器读写设计与仿真
  
  3.3 CAN控制器的邮箱接口电路设计
  
  3.3.1邮箱RAM接口电路
  
  3.3.2邮箱RAM接口电路
  
  3.4位时序逻辑模块设计
  
  3.4.1位配置寄存器(BCRn)
  
  3.4.2位定时状态机设计与仿真
  
  3.4.3发送点和采样点
  
  3.4.4同步机制设计
  
  3.5位比特流处理器模块设计
  
  3.5.1主控制状态机
  
  3.5.2数据接收状态机
  
  3.5.3数据发送
  
  3.5.4位填充模块
  
  3.5.5循环冗余校验模块
  
  3.5.6错误管理模块
  
  3.6接收滤波模块设计
  
  3.7 CAN外设中断设计
  
  3.8本章小结
  
  第4章DSP中CAN控制器的系统级验证
  
  4.1 DSP系统验证平台搭建
  
  4.1.1 DSP引脚配置
  
  4.1.2 DSP模拟电路和存储器建模
  
  4.1.3 DSP的软件仿真环境
  
  4.2 CAN测试程序设计
  
  4.3 DSP中CAN控制器的系统仿真
  
  4.4本章小结
  
  第5章DSP中CAN控制器的后端设计
  
  5.1 CAN控制器的逻辑综合
  
  5.1.1逻辑综合概述
  
  5.1.2逻辑综合过程
  
  5.2 CAN控制器静态时序分析
  
  5.2.1静态时序分析概述
  
  5.2.2静态时序分析
  
  5.3 DSP的布局布线
  
  5.4本章小结
  
  第6章 总结
  
  参考文献
  
  致谢
  
  五、研究内容
  

  本文围绕ADP16 DSP的CAN总线控制器展开了具体的研究和设计,实现了满足设计规格的CAN总线控制器,并且在180 nm工艺上完成了系统设计。本课题主要从以下几个方面展开工作:
  
  1.模块的设计与仿真
  
  对DSP的CAN总线控制器外设的整体结构按功能模块进行划分,明确各个模块的输入输出连接方式,利用Verilog HDL硬件描述语言进行行为级的模块描述,并创建相应的测试激励,分模块进行功能仿真验证。
  
  2.系统仿真与验证
  
  完成模块级的设计和仿真后,就需要将CAN总线控制器搭载于ADP16 DSP系统中,搭建系统级仿真验证平台,在DSP片内存储器中读入C语言或汇编语言编写的CAN外设应用程序进行DSP系统级的功能验证。
  
  3.后端设计与实现
  
  运用逻辑综合工具,建立电路的时序约束,编写综合脚本,生成综合后的门级网表,并运用相关EDA工具进行时序分析和网表的形式验证,然后按照数字后端设计流程,进行静态时序分析,布局布线等完成系统设计。
  
  六、论文结构
  
  下面将本设计分为六个部分进行介绍,各章节内容安排如下:
  
  第1章简单介绍了课题的研究背景,说明了CAN总线控制器作为DSP外设的重要意义,分析了CAN总线控制器模块的具体功能。然后介绍了论文的主要工作和文章结构。
  
  第2章分析了CAN2.0B总线协议的基本内容,为后续研究和设计提供理论基础。
  
  第3章说明了ADP16 DSP中CAN总线控制器的设计思路。首先确定了CAN控制器的整体结构,再采用自顶向下的方式分模块进行设计,并通过仿真验证。
  
  第4章讲述了CAN总线控制器在ADP16 DSP系统中的验证方法。
  
  第5章介绍了数字后端的设计流程,重点介绍了DSP中CAN控制器的逻辑综合,静态时序分析和布局布线的工具和方法。
  
  最后对本论文进行了总结,对设计进行了评估,指出了设计的不足和后续的工作。
  
  七、进度安排
  

  20XX年11月01日-11月07日 论文选题、
  
  20XX年11月08日-11月20日 初步收集毕业论文相关材料,填写《任务书》
  
  20XX年11月26日-11月30日 进一步熟悉毕业论文资料,撰写开题报告
  
  20XX年12月10日-12月19日 确定并上交开题报告    20XX年01月04日-02月15日 完成毕业论文初稿,上交指导老师
  
  20XX年02月16日-02月20日 完成论文修改工作
  
  20XX年02月21日-03月20日 定稿、打印、装订
  
  20XX年03月21日-04月10日 论文答辩
  
  八、参考文献
   
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