flexray VPX控制板设计方案详细

article/2025/8/17 18:48:34

后IO板
在这里插入图片描述 1设计要求1.1功能要求3U VPX通讯板具有4路CAN，2路 Flex Ray、1路SGMII网口、2路RapidIO2、2路PCIE4、2路IPMI接口
整个处理模块系统框图如下：

图1 系统框图
根据上图，模块可以分为以下几个部分：
CAN协议模块：完成CAN协议的转换。
PCIE模块：完成高速PCIE协议的数据收发及协议转换。
RapidIO模块：完成高速RapidIO数据收发及协议的协议转换
FlexRay模块：完成CAN协议的转换
IPMI管理模块：完成板卡状态的管理控制。
SGMII模块：完成串行以太网的数据收发。

2、FPGA加DSP设计
由于多路CAN及Flearay的要求，采用FPGA完成接口的扩展,可选用小规模的FPGA芯片：（Artix7 ）

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图2 FPGA架构框图
方案采用FPGA设计，由于CAN中有备份广播发送和点对点单路发送的需求，因此将所有的CAN转换模块接入FPGA中，在FPGA中嵌入一个MicroBlaze核方便系统调度控制，用于管理数据流，设计中需要使用较多的数据通道管理，中央采用INTERCONNECT连接。
FPGA分别给相应的协议转换核配置不同的内存地址，在收到数据请求后发出中断，MicroBlaze解析协议并做相应的数据搬运。
（1）如PCIE接收到的数据存储进DDR3中，同时提交中断给MicroBlaze
（1）MicroBlaze收到中断后查询协议中的数据协议转换类型，及是否广播
（2）MicroBlaze启动对应的协议收发器（CAN/FlexRay ）配置相应的协议转换核，启动数据搬运。
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3、FlexRay 协议转换
FlexRay总线提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统可以进行优化，以提高可用性或吞吐量。用户无需调整现有节点中的软件就可以扩展整个系统；同时，支持总线或星型拓扑结构。FlexRay总线提供了大量配置参数，可以支持对系统进行调整，如通信周期的持续时间、消息长度等，以满足不同应用场合的需求。FlexRay总线在重负载下可以关闭部分节点，使其仅接收数据而不发送数据，减少数据重发次数，使得总线负载很快减轻。目前已有多家公司生产FlexRay总线控制器，例如恩智浦(NXP)半导体公司的TJAl080总线控制器、Freescale公司的MFR4200总线控制器等，这些总线控制器和外部数据接口均采用串口方式。而英飞凌公司的FlexRay总线控制器CIC310与外部设备以并口方式连接，具有较高的数据传输速率。
（1）FlexRay 控制器采用英飞凌公司的CIC310
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（2）CIC310与FPGA采用SSC高速同步串行总线连接具有速度高的特点，支持2*10Mbps传输速度，　CIC310总线控制器的内部结构如下图所示。从图中可以看出，CIC310总线控制器主要由E—Ray模块、DMA模块、时钟管理模块、中断模块、内存、数据处理和校验模块，以及数据接口模块等组成

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(3)　FlexRay busdriver采用 NXP TJA1080A
TJA1080A收发器支持 FlexRay v2.1版本规范，支持通讯速率1-10Mbps

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4、CAN协议转换
(1)CAN协议采用SJA1000专用CAN协议转换芯片，最高速度支持1000kbps使用并行总线与FPGA连接（EMIF），包括WE/RD/CS/DATA，发送CAN数据时，FPGA将其当做外部RAM的来操作，接收CAN时，数据先缓存到SJA1000的片内缓存，然后报告中断，再由FPGA读出数据。

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（3）SJA1000 是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制（CAN），有两种工作模式（BasicCAN和PeliCAN）。BasicCAN仅支持标准模式，PeliCAN支持CAN2.0B的标准模式和扩展模式。

（4）BusDriver 选用 PCA82C250（非隔离）
PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，主要用于增强系统的驱动能力。采用收发器的系统中，节点数至少可以达到110个，同时还具有降低射频干扰（RFI）和很强的抗电磁干扰（EMI）能力。

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5、Rapid IO
串行RapidIO是物理层采用串行差分模拟信号传输的RapidIO标准。RapidIO 2.0标准支持.3.125、5GHz、6.25GHz.

Rapid IO 使用axi to rapidio bridge FPGA逻辑核实现，每路Rapid IO*2需要使用2路GTX通道。