如何快速上手FPGA-CAN：轻量级CAN总线控制器完整指南 🚀
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fp/FPGA-CAN FPGA-CAN是一个基于FPGA的轻量级CAN总线控制器，专为工业控制和汽车电子应用设计，以其高效灵活的通信能力满足实时系统需求。本文将带你从项目介绍到实际应用，轻松掌握这个强大工具的使用方法。
🌟 项目亮点：为什么选择FPGA-CAN？
CAN总线作为工业和汽车领域最常用的通信总线，具有拓扑结构简洁、可靠性高、传输距离长等优势。FPGA-CAN则在此基础上实现了轻量化与完备性的完美结合：
✅ 平台无关：纯Verilog编写，兼容Altera、Xilinx等各类FPGA
✅ 灵活配置：支持短ID（11bit）和长ID（29bit）过滤，自动响应远程帧
✅ 高效通信：发送缓存机制+抗频率偏移的位对齐技术，确保数据传输稳定
图1：FPGA通过CAN-PHY芯片接入总线的硬件连接方案（CAN总线控制器硬件设计）
📂 项目结构速览
核心文件集中在三个关键目录，新手只需关注这些核心模块即可快速上手：
FPGA-CAN/
├── RTL/ # 核心控制器源码
│ ├── can_top.v # 顶层模块（对外接口）
│ ├── can_level_packet.v # 帧级控制器（仲裁逻辑）
│ └── can_level_bit.v # 位级控制器（信号收发）
├── FPGA/ # 示例工程
│ └── fpga_top.v # 硬件测试顶层
└── SIM/ # 仿真文件
└── tb_can_top.v # 4节点通信测试用例
🔑 核心模块功能解析
| 文件路径 | 功能描述 | 关键特性 |
|---|---|---|
| RTL/can_top.v | 控制器顶层接口 | 提供用户收发接口，集成帧/位级控制 |
| RTL/can_level_packet.v | 帧处理核心 | 实现非破坏性仲裁和远程帧自动响应 |
| RTL/can_level_bit.v | 物理层适配 | 支持±1%频率偏移的位同步机制 |
🚀 快速启动指南
1️⃣ 环境准备
- 开发工具：Vivado/Quartus（FPGA开发）+ Icarus Verilog（仿真）
- 硬件需求：FPGA开发板 + CAN-PHY芯片（如TJA1050）
- 下载源码：
git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/fp/FPGA-CAN
2️⃣ 仿真验证
进入SIM目录运行预置测试脚本，验证4节点通信场景：
cd SIM && ./tb_can_top_run_iverilog.bat
仿真波形将生成在dump.vcd文件中，可通过GTKWave查看节点间数据交互。
图2：4节点CAN网络仿真拓扑（CAN总线通信仿真测试）
3️⃣ 硬件部署
-
打开FPGA工程，添加以下文件：
- FPGA/fpga_top.v + FPGA/uart_tx.v（示例顶层）
- RTL/can_top.v + RTL/can_level_packet.v + RTL/can_level_bit.v（核心控制器）
-
配置参数（以fpga_top.v为例）：
- 本地ID：
LOCAL_ID = 11'h456（发送帧ID） - 波特率：默认1MHz（50MHz时钟分频配置）
- 过滤规则：仅接收ID=0x123（短）或0x12345678（长）的帧
- 本地ID：
-
连接硬件：
- FPGA引脚→CAN-PHY（TJA1050）→CAN总线
- 5V电源给PHY供电（⚠️ 3.3V会导致驱动不足）
图3：FPGA开发板与USB-CAN调试器连接示例（CAN总线调试平台）
💡 实用配置指南
🔧 波特率设置
通过调整can_top.v的时序参数实现不同速率（以50MHz时钟为例）：
| 目标波特率 | 分频系数 | PTS段 | PBS1段 | PBS2段 |
|---|---|---|---|---|
| 1MHz | 50 | 34 | 5 | 10 |
| 500kHz | 100 | 69 | 10 | 20 |
| 100kHz | 500 | 349 | 50 | 100 |
📩 数据收发接口
发送流程（需配合握手信号）：
// 发送32bit数据示例
assign tx_valid = 1'b1;
assign tx_data = 32'h12345678;
// 等待tx_ready=1表示发送成功
接收流程（边沿触发）：
always @(posedge clk) begin
if(rx_valid) begin
data_buf[rx_cnt] <= rx_data;
if(rx_last) rx_cnt <= 0;
else rx_cnt <= rx_cnt + 1'b1;
end
end
📊 应用案例
工业控制系统
- 场景：传感器数据采集（温度/压力等）
- 优势：1MHz波特率下支持1000帧/秒传输，满足实时性要求
- 关键配置：短ID过滤+4字节数据帧，降低通信延迟
汽车电子测试
- 场景：ECU通信模拟
- 方案：FPGA模拟多个节点，通过远程帧请求特定ID数据
- 验证工具：配合USB-CAN调试器监控总线上的数据流
图4：USB-CAN工具监控界面（FPGA-CAN通信调试示例）
🛠️ 常见问题解决
-
通信失败？
→ 检查CAN-PHY供电是否为5V
→ 确认终端电阻（120Ω）是否接入总线 -
数据丢失？
→ 发送频率过高导致缓存溢出，需降低发送速率
→ 检查ID过滤掩码是否正确配置 -
仿真不通过？
→ 确保Icarus Verilog版本≥10.3
→ 删除中间文件后重新运行仿真脚本
📚 进阶学习资源
- 核心源码：RTL/can_top.v（完整接口定义）
- 仿真案例：SIM/tb_can_top.v（多节点通信场景）
- 硬件示例：FPGA/fpga_top.v（带UART回传功能）
通过本文的指南，你已经掌握了FPGA-CAN的基本使用方法。这个轻量级控制器特别适合资源受限的嵌入式系统，无论是工业自动化还是汽车电子领域，都能提供稳定可靠的CAN总线通信解决方案。现在就动手试试，开启你的FPGA-CAN开发之旅吧！ 🎉
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
