摘 要 CAN(Controller Area Network)总线是一种串行通信总线，是如今应用最为广泛的现场总线之一，最初由德国Bosch公司与上世纪80年代推出。本文先介绍了CAN总线的现状、特点、应用，再简要介绍了CAN2.0的协议规范。从CAN总线的规范和特点出发，明确了需要实现的功能。配置、正常、睡眠、环回四种工作状态，针对性的设计了一个高优先级发送FIFO，并设计了CAN总线控制器的架构，使用Verilog语言实现CAN总线控制器IP核功能，最后对CAN总线控制器IP核进行功能仿真和实装测试，验证了该IP核达到了预期的设计要求。
目录
1.绪论 1
1.1 引言 1
1.2 CAN总线简介 1
1.3 CAN总线发展历史 1
1.4 CAN总线应用 2
1.5 国内外IP核发展现状 2
1.6 文章主要内容 2
2.CAN总线协议 3
2.1 CAN总线特点 3
2.2 CAN总线协议电平特性 3
2.3 CAN总线填充规则 3
2.4 CAN协议分层结构 4
2.5 CAN协议帧结构 5
2.5.1 数据帧 5
2.5.2 远程帧 6
2.6 CAN协议总线错误处理 6
2.6.1 错误类型 6
2.6.2 故障界定 6
2.7 CAN协议总线位时序 8
2.7.1 位时间结构 8
2.7.2 位同步 8
2.8 小结 9
3.CAN总线控制器IP核设计 10
3.1 CAN控制器结构 10
3.1.1 对象层 10
3.1.2 传输层 11
3.2 用户接口设计 12
3.3 CAN控制器工作模式 15
3.3.1 配置模式 15
3.3.2 正常模式 16
3.3.3 睡眠模式 16
3.3.4 环回模式 16
3.4 时钟和复位 17
3.5 中断 18
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3.6 消息FIFO 19
3.7 接收滤波 21
3.8 消息发送 22
3.9 CRC计算 24
3.10 配置寄存器说明 25
3.11 小结 25
4.功能验证 26
4.2 功能仿真 26
4.3 实装测试 29
4.4 小结 35
结束语 36
致谢 37
参考文献 38
绪论
引言
半导体工业的蓬勃发展离不开IP和SOC技术的广泛应用。现在基于IP的设计方法大大的缩短了产品设计周期，降低了产品的研发成本，提高了产品的稳定性。高可靠性，高复用性的IP设计已经成为了一项新的课题。
经过多年的研究与应用，高性价比的CAN总线已被广泛用于各种工业场合。随着CAN总线应用范围的扩大和半导体制造工业水平的提高，各种嵌入式应用中需要集成CAN总线控制器的需求也日益增多。目前全世界已有超过100款CAN控制器芯片，价格十分低廉。但是相对于CAN控制器芯片而言，CAN控制器IP核的价格依然十分昂贵，并且存在兼容性问题。CAN总线通信系统在节点数较多时设计复杂，设计成本高且不易维护，而基于SOPC技术的CAN总线控制器的IP核正好能降低其中的难度，通信系统的设计者可以反复调用性能稳定的IP核模块，把重心放在系统的开发上，从而提高工作效率，降低开发成本。但是就目前而言，基于SOPC系统的CAN总线控制器IP核还未得到广泛的应用，但是可以遇见的是随着SOPC技术的发展，不仅仅是CAN总线控制器，越来越多的功能也将会从由ASIC芯片实现向更加灵活的基于SOPC的IP核编程转变。为填补国内在这一方面的空白，有必要开发一款CAN总线控制器IP核。
CAN总线简介
CAN（Controller Areas Network）为串行通讯总线，由德国BOSCH公司开发，最早用于汽车中电子器件间的通信，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制，是国际上应用最广泛的现场总线之一，已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。
由于CAN总线的高性能和高可靠性，也被广泛使用在工业自动化、船舶、医疗等方面。CAN总线分为低速和高速两种，低速CAN总线波特率为5Kbit./s到125Kbit/s，高速CAN总线波特率为500Kbit/s到1Mbit/s。
CAN总线发展历史
1986年BOSCH公司发布CAN总线协议，主要用在汽车中各个电子系统的通信，次年Intel推出了首款CAN控制器芯片82526，同年飞利浦半导体公司也推出了CAN总线控制器芯片82C00。
1991年飞利浦公司推出了CAN2.0协议，该协议由2.0A和2.0B两部分组成。其中2.0A中定义了标准帧格式，2.0B中定义了拓展帧格式，这两种格式由仲裁段的长度来区分。
CAN总线应用
目前基于CAN总线的应用分布在诸多领域，车辆、船舶、工业自动化等等。这里以汽车为典型案例简要说明。
随着电子科技的发展，汽车中的电子控制元件也越来越多，例如电子燃油喷射、ABS、安全气囊、电动车窗等等。按照传统的布线方式电控元件的增加将会导致汽车上电缆数量急剧增加，复杂的电路降低了车辆的可靠性，增加维修难度。因此，CAN总线凭借着其具有强大的纠错能力、支持差分收发、抗干扰能力强且传输距离远的优势，被广泛用于汽车的电控器件的通信。
汽车上一般使用两条CAN总线：用于动力系统的高速CAN总线和用于车身系统的低速CAN总线。动力系统CAN总线负责连接发动机控制器、变速器等与车辆行驶由直接关联的器件。车身系统CAN总线负责连接照明、空调、车门、安全带、仪表等辅助电控器件。在这两条独立的CAN总线之间通过网关进行信息交互，这种设计大大的提高的车辆电控系统的稳定性。
国内外IP核发展现状
统计数据显示，如今超过85%的芯片设计都是以IP核模块为主。ARM公司在1985年开发出第一个RISC处理器的IP核；ARM公司在1990年完成了世界上第一笔IP核出售。到目前为止，开发、出售IP核的公司越来越多，ARM、IBM、TI等很多知名公司都拥有了自己的IP核业务。

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