[发明专利]一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，其包括FPGA最小系统和与其连接的FlexRay总线通信单元、CPCIe光纤通信单元，FlexRay总线通信单元连接FlexRay外部总线，CPCIe光纤通信单元连接PCIe系统总线，FlexRay总线通信单元执行FlexRay通信协议，实现光纤通信模块与FlexRay外部总线之间数据传输；光纤通信单元完成光、电信号的相互转换，实现光纤通信模块利用光纤介质进行数据交换；FPGA最小系统用于PCIe系统总线与FlexRay外部总线之间的数据交换。本发明该通信模块可直接兼容原有FlexRay总线结构；实现FlexRay高速总线利用光纤介质传输；提升FlexRay高速总线的传输距离，增加FlexRay总线应用的应用范围。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，涉及一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，利用光纤介质实现FlexRay高速总线数据通信。

背景技术

总线通信广泛应用于各种工业控制网络中，主要为了解决不同电子设备之间的通信问题，尤其体现在航空航天、汽车制造、航海、自动控制、过程工业等领域。目前，应用时间长，技术发展成熟的外部总线通信技术包括CAN总线、1553B总线等，其具有高可靠性、高确定性和高容错性等特点。但随着科学技术的不断发展，日益增长的数据量和越来越高的实时性通信需求已经逐渐对传统的外部总线通信技术提出了挑战，新一代的高速外部总线技术FlexRay总线开始在相关领域得到应用。

FlexRay作为新一代高速串行外部总线协议，与传统总线相比，在通信速率/可靠性和灵活性等方面具备明显优势。FlexRay总线目前只应用于少数品牌的车载总线通信网络中，具有极大的应用前景。相比于CAN总线和1553B总线最高1Mbps的数据传输速率，FlexRay总线单通道上的数据传输速率最高支持10Mbps，两条通道的总传输速率最高可达20Mbps，因此能够适应大数据量和高实时性的通信要求；两条通道可实现单通道工作、双通道工作和冗余工作三种工作方式。此外，FlexRay总线网络拓扑结构灵活，支持点对点、总线型和有源星型等多种结构。在通信机制方面，FlexRay总线采用循环周期通信，数据帧最大支持到254帧，通过合理配置通信周期和消息长度，可保证接收节点提前预知消息到达时间。

但是依赖电缆作为信号传输介质极大地限制了FlexRay总线的传输距离和应用范围。FlexRay总线电缆传输的最远距离约为20米，而普通多模光纤的传输距离就可以达到300米以上。此外，光信号在长距离传输过程中衰减小，且不受周边环境电磁干扰。利用光纤介质实现FlexRay高速总线数据通信可以在兼容现有FlexRay总线网络结构的基础上，进一步拓展器应用范围，如军工、测控、航空航天等诸多领域。

由于FlexRay高速总线的总线驱动器无法直接支持光纤介质通信，因此设计一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，该模块采用FPGA作为核心实现FlexRay高速总线与GTX高速串行收发器之间的数据转换，实现利用光纤介质完成FlexRay高速总线数据通信，拓展FlexRay总线应用范围。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：针对FlexRay高速总线受传输电缆限制的问题，提出一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，实现利用光纤介质实现FlexRay高速总线数据通信的功能。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块，包括FlexRay总线通信单元、光纤通信单元、FPGA最小系统和电源电路单元；FlexRay总线通信单元执行FlexRay通信协议，实现光纤通信模块与FlexRay总线网络之间数据传输；光纤通信单元完成光、电信号的相互转换，实现光纤通信模块利用光纤介质进行数据交换；通信模块的处理核心采用FPGA最小系统，通过对FPGA芯片内部IP核设计，实现FlexRay高速外部总线与FPGA最小系统中GTX高速串行收发器之间的数据传递；电源电路单元为光纤通信模块各单元供电。