I. Giới thiệu về bộ điều khiển CAN
Bộ điều khiển CAN (bộ điều khiển CAN) là một phần quan trọng trong hệ thống giao tiếp nối tiếp, được phát triển để đáp ứng nhu cầu truyền thông trong các ứng dụng công nghiệp và ô tô. Giao thức này cho phép nhiều thiết bị giao tiếp với nhau mà không cần một bộ điều khiển trung tâm. Mỗi nút trong mạng có thể gửi và nhận thông điệp, giúp tăng tính linh hoạt và độ tin cậy của hệ thống. Việc thiết kế bộ điều khiển CAN trên FPGA (FPGA) mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng tùy chỉnh cao và hiệu suất xử lý tốt. Luận văn này tập trung vào việc hiện thực hóa bộ điều khiển CAN trên FPGA, sử dụng ngôn ngữ Verilog để mô phỏng và kiểm tra chức năng của hệ thống.
1.1 Lịch sử phát triển của CAN
Giao thức CAN được phát triển bởi Robert Bosch GmbH vào năm 1986, nhằm giải quyết vấn đề chi phí dây điện trong ô tô. Ban đầu, nó chỉ được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, nhưng sau đó đã mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác. Sự phát triển của CAN đã tạo ra một nền tảng vững chắc cho các hệ thống nhúng, nơi mà tốc độ truyền thông và độ tin cậy là rất quan trọng. Giao thức này đã trở thành tiêu chuẩn trong nhiều ứng dụng, nhờ vào khả năng xử lý lỗi và tính năng phân xử ưu tiên trong việc truyền thông điệp.
II. Giao thức CAN và các thành phần của nó
Giao thức CAN (giao thức CAN) được định nghĩa bởi các tiêu chuẩn ISO 11898 và ISO 11519, với khả năng truyền thông tin ở tốc độ cao lên đến 1Mbit/s. Giao thức này bao gồm các lớp dữ liệu và lớp vật lý, cho phép các thiết bị trong mạng giao tiếp hiệu quả. Mỗi thông điệp trong CAN có một phần nhận dạng, giúp xác định độ ưu tiên của thông điệp. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao, như trong ngành công nghiệp ô tô. Hệ thống CAN cho phép nhiều thiết bị giao tiếp qua một bus chung, giúp giảm thiểu chi phí và tăng tính linh hoạt trong thiết kế hệ thống.
2.1 Cấu trúc và hoạt động của giao thức CAN
Cấu trúc của giao thức CAN bao gồm các thành phần chính như bộ điều khiển CAN, bộ thu phát và bus CAN. Bộ điều khiển CAN có nhiệm vụ tạo frame từ thông điệp và xử lý các thông điệp nhận được. Bộ thu phát chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu điện để truyền qua bus. Bus CAN bao gồm hai đường tín hiệu CAN-High và CAN-Low, giúp loại bỏ nhiễu và đảm bảo tính ổn định trong truyền thông. Giao thức này sử dụng phương pháp phân xử dựa trên độ ưu tiên, cho phép các thông điệp quan trọng được truyền đi trước, đảm bảo tính hiệu quả trong việc xử lý thông tin.
III. Thiết kế bộ điều khiển CAN trên FPGA
Thiết kế bộ điều khiển CAN trên FPGA (thiết kế bộ điều khiển CAN) là một quá trình phức tạp, bao gồm việc phát triển mô hình RTL (Register Transfer Level) và mô phỏng chức năng của nó. Việc sử dụng FPGA cho phép tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống. Luận văn này trình bày chi tiết quy trình thiết kế, từ việc xác định yêu cầu đến việc hiện thực hóa và kiểm tra chức năng của bộ điều khiển. Mô hình được phát triển bằng ngôn ngữ Verilog, cho phép kiểm tra và xác minh tính chính xác của thiết kế trước khi triển khai trên phần cứng.
3.1 Quy trình thiết kế và kiểm tra
Quy trình thiết kế bộ điều khiển CAN bao gồm nhiều bước, từ việc phân tích yêu cầu đến việc phát triển mô hình và kiểm tra. Mô hình RTL được phát triển dựa trên các đặc tả của giao thức CAN, và sau đó được mô phỏng để kiểm tra tính năng. Việc kiểm tra bao gồm việc truyền nhận các frame thông điệp và kiểm tra cơ chế dò lỗi. Kết quả kiểm tra cho thấy bộ điều khiển hoạt động chính xác và đáp ứng được các yêu cầu đặt ra. Sự thành công trong việc thiết kế và kiểm tra bộ điều khiển CAN trên FPGA mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các hệ thống nhúng hiện đại.
