基于CAN总线和SOPC的汽车仪表系统的研究与设计

武汉理工大学硕士学位论文基于CAN总线和SOPC的汽车仪表系统的研究与设计姓名：彭志成申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：李威宣20080501基于CAN总线和SOPC的汽车仪表系统的研究与设计作者：彭志成学位授予单位：武汉理工大学相似文献(10条)1.学位论文杨俊贤基于CAN总线的海洋水文气象自动观测系统的设计2008海洋是孕育生命的摇篮，随着人类文明的发展，人们渴望认识海洋和合理利用海洋资源的愿望越来越强烈，加之现代信息技术、电子技术、计算机控制技术的飞速发展，海洋探测仪器设备也得到了长足的进步。而我国应用在海滨观测的海洋台站系统相对国际先进水平仍有很大差距，为了更好的对各海洋水文、气象要素进行观测，设计一套技术先进的海洋气象水文自动观测系统势在必行。本课题致力于研制具有更高集成度、更先进技术、更高可靠性和更便于维护性的海洋水文气象自动观测系统。本文根据现有海洋台站存在的缺点和不足，应用目前先进的SOPC技术和非常成熟的CAN总线技术，提出了基于CAN总线的海洋水文气象自动观测系统的总体解决方案。本文在详细比较和论证了基于CAN总线的海洋水文气象自动观测系统的设计和实现方案，并最终确定了采用基于FPGA的硬件开发平台，利用SOPC技术进行软硬件协同设计实现中央数据处理部分，以CAN总线的方式将各传感器作为节点与中央数据处理部分组成网络，以满足高集成度、高性能处理、提高灵活性及降低成本的目标。本系统选用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C20器件作为中央数据处理部分的主控芯片，AT90CAN128作为传感器节点的控制芯片，并在本文中给出了主要功能模块的电路设计。论文的主要研究内容是对本系统整体架构的突破性改变。首先，利用目前先进的FPGA嵌入式技术，结合其支持的SOPC技术，将系统设计需要的大量数字逻辑模块集成到一片FPGA芯片上，完成了中央数据处理系统硬件平台的搭建，各功能IP核的设计，实现众多数据的处理任务，系统中还设计了LCD、键盘、可移动存储设备等人机接口方式；其次，将目前汽车行业广泛应用的CAN总线技术引入到海洋水文气象观测系统，以AVR单片机AT90CAN128为核心设计智能传感器节点电路，与中央数据处理部分组成通信网络，简化系统结构，制定数据通信格式和协议；第三，设计多种无线通讯方式可选的通讯模式，在中央数据处理部分为各种通讯方式设计接口，扩大系统的应用范围。最后，根据本系统实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，并对下一步设计工作进行了展望。2.学位论文迟书凯基于SOPC技术的车载视频点播系统终端设计2007视频点播简称“VOD”即“VideoOnDemand”，就是根据用户的要求播放节目。VOD技术随着计算机、存储设备和网络的发展，广泛应用于酒店、KTV、智能小区等各个领域。本文首先介绍了车载视频点播系统的产生背景、发展现状和开发研制的现实意义。并根据人们对车载视频点播系统的功能需求和期盼，在深入分析、研究嵌入式技术和视频点播技术的基础上，提出了用嵌入式系统实现功能整合的解决方案。论文详细比较和论证了视频点播系统整体和系统终端的设计和实现方案。确定选用FPGA作为系统硬件开发平台，利用SOPC嵌入式技术进行软硬件协同设计，以满足高性能处理要求、灵活性要求及降低成本的目标。本系统选用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C8器件作为车载视频点播系统终端的主控芯片，并给出了主要功能模块的电路设计。论文研究的另一个重要内容是基于CAN总线通讯技术的终端点播界面的设计实现，包括方案比较及确定、芯片选择，CAN控制器硬件电路设计、CAN通讯协议的制定，影音文件的传输管理、软件编写等。论文详细论述了视频点播终端的软硬件协同设计思想，利用SOPCBuilder构建了系统模块，用硬件描述语言VHDL编写了用户自定义数字逻辑，在QUARTLJSⅡ6.0设计平台上实现了功能仿真，基本完成了初始样机软硬件调试。同时阐述了用软件实现系统各个功能模块的通信控制功能，并在此基础上给出了各个模块初始化和控制的程序流程图。最后，根据本系统实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，并对下一步设计工作进行了展望。3.期刊论文董志斌.任德志.徐莉萍基于SOPC技术和CAN总线的塔式起重机监控系统-起重运输机械2009,(7)介绍了一种基于SOPC技术和CAN总线的起重机监控系统.该系统由主节点和若干个子节点组成,各模块之间的通信利用现场总线(CAN)完成.该系统保护功能完善,可靠性、灵活性高,CPU可重构,数据传输速度快,抗干扰性能好,并具有一定的自我诊断功能.4.学位论文刘鹏飞基于SOPC的液压挖掘机作业装置控制系统研究2008为了提高挖掘机自动化、智能化程度，提高控制精度，在嵌入式技术飞速发展的今天，本文结合工程机械发展要求与SOC技术特点，利用SOPC技术搭建挖掘机作业装置控制平台，实现电子技术与工程机械更紧密的结合，是当今电子技术与工程机械发展的必然趋势。本文首先建立了输出PWM驱动模型，实现对电液比例阀的实时控制；研究电液比例系统其它元件模型，最终建立挖掘机作业装置的电液比例系统模型。为进一步验证整个电液比例系统的稳定性并开发合适的运动控制算法，对整个系统控制性能进行分析，确定其稳定程度及响应特性。进而加入PID控制算法，通过对控制参数的实时调整，改善控制性能，在保证系统稳定的前提下，尽可能提高系统响应速度，为最终控制器实验验证打下理论基础。为实现基于SOPC技术的挖掘机运动控制反馈环节，研究了基于IP核技术的CAN总线控制方案，分析CAN总线IP核模块，开发了CAN总线驱动程序，在CANopen协议规范下，开发用户自定义程序，实现基于SOPC技术的CAN总线通信模块，进而实现CAN总线网络控制。完成以上工作的基础上，分析系统整体结构，从而搭建系统软硬件模型，实现整个挖掘机运动控制系统。在系统设计方面，分析系统资源利用情况以及处理器性能，改善硬件时序性能，提高系统处理速度；在对软件模块进行合理规划的基础上，为提高控制器的处理性能，应用自定制指令技术、浮点运算单元、C2H硬件加速以及DSP模块实现系统硬件加速，改善系统性能，在满足控制要求的前提下，达到资源利用与处理速度的合理匹配。论文最后编写相应控制程序验证各控制模块功能，开发PID算法程序输出PWM信号，控制作业装置电流值，驱动液压缸对直线挖掘轨迹进行跟踪，并对跟踪结果进行分析，跟踪结果表明控制器能够实现预期功能。5.期刊论文刘鹏飞.贺继林.LIUPeng-fei.HEJi-lin基于SOPC的CAN总线技术在挖掘机控制中的应用-制造业自动化2008,30(5)考虑液压挖掘机设计结构、工作环境的要求以及SOPC技术的特点,采用SOPC技术实现对CAN总线的控制.硬件上集成IFI公司的CANIP软核作为主控制器,并设计相关硬件接口电路;软件上主要通过NIOSIIIDE软件调用CANIP的底层控制函数,对各个分节点进行数据采集、传输与处理.通过对PC机的VR挖掘机模型的控制,验证设计方案的正确性与实际应用的可行性.6.期刊论文王文虎.伍祁林.黄慧.WangWenhu.WuQilin.HuangHuiSoPC技术在网络化实验教学监测系统中的应用-自动化仪表2010,31(3)以网络化实验教学为背景,设计了一种基于NiosⅡ软核处理器和嵌入式实时操作系统的网络化实验教学数据采集系统.利用QuartusⅡ及SoPCBuilder开发工具,对NiosⅡCPU硬件资源进行重配置,自行定制CPU,并根据应用需要组建外围硬件接口,完成了一个基于FPGA的高性能嵌入式硬件系统的设计.采用嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ,为应用系统的实时性和人机交互功能提供了保证.实践表明,该应用方案具有功能可扩展和硬件可升级等优势,具有很好的应用潜力.7.学位论文龚钶基于NiosⅡ的微波干涉测速系统电路及软件接口设计2009本文研究了将SOPC技术融入嵌入式系统的设计方法，并搭建了一个微波干涉测速系统。随着近年来半导体和微电子技术的快速发展，各种高性能的片上系统和实时操作系统不断推陈出新，嵌入式系统的设计正在进行一场革命。如今，FPGA(现场可编程逻辑阵列)已经深入复杂逻辑电路和数字信号处理等领域，将之应用于嵌入式系统已经成为未来的发展趋势。本课题采用Altera公司的FPGA和SOPC技术，设计了微波干涉系统的电路和接口驱动及应用程序。该系统以Altera公司的CycloneⅢ系列FPGA为核心，采用NiosII软核处理器和FFT算法，得到了待测物同发射微波的相对运动出现的多普勒效应而产生的多普勒频率信号，达到高速处理数据测得初速的目的。扩展了CAN、UART等模块接口以及其他电路来构成基于嵌入式系统的信号处理和传输的硬件平台；采用uC/OS-II嵌入式实时操作系统为底层软件平台设计了相关软件程序。8.期刊论文李平.俞承芳.李旦.LIPing.YUCheng-fang.LIDan控制区域网络总线物理故障及冗余方案-信息与电子工程2009,7(1)总线物理故障是控制区域网络(CAN)总线面临的一种极大威胁,尤其是在环境条件苛刻的航天等领域,解决这一问题十分必要.通过研究CAN总线各种物理故障类型及表现,将CAN总线物理故障分为导致通信失败的通信故障,以及通信正常但通信质量下降的隐患故障2种不同的类型.根据不同物理故障时总线CAN_H及CAN_L电平,设计CAN总线物理故障电平检测及编码电路,检测总线物理故障类型,并设计相应的冗余方案.采用可编程片上系统(SOPC)技术进行验证,实验结果表明,该冗余方案能有效解决CAN总线物理故障引起的通信问题.9.学位论文洪胜峰基于嵌入式技术的军用车辆车载显控终端的研制2007随着现代信息技术、电子技术、计算机控制技术不断渗透进军用车辆的每寸空间，各种基于军用车载机动平台的电子应用系统应运而生。车辆操控人员迫切需要一种操作简单、界面人性化、功能全面的车载显控终端，用于替代传统的单一功能仪表、按钮，以降低军用车辆的控制复杂度和布线维护难度。本课题致力于研制具有更高集成度和自主知识产权的军用车辆车载显控终端。本文根据国外军用车辆电子系统的现状和嵌入式技术的发展趋势，提出了基于新型嵌入式技术——SOPC技术的总体解决方案。本文论述了车载显控终端的原理，详细比较和论证了车载显控终端的设计和实现方案，并最终确定了采用基于FPGA的硬件开发平台，利用SOPC技术进行软硬件协同设计，以满足高性能处理要求、灵活性要求及降低成本的目标。本系统选用Altera公司的CycloneⅡ系列EP2C20器件作为车载显控终端的主控芯片，并在本文中给出了主要功能模块的电路设计。论文的一个重要研究内容是对本系统人机界面的设计，包括触摸屏的硬件、软件设计，LCD控制器IP核的设计，显示功能软件设计以及综合管理功能的设计。论文研究的另一个重要内容是基于多种现场总线的通信网络设计。该网络采用1553B总线、MIC总线和CAN总线组成混合总线通信网络对车内所有系统进行实时监控。为提高CAN总线在军事环境下通信的可靠性，提出了双CAN总线冗余运行的设计思想，对基于FPGA平台上的双CAN总线冗余运行进行了方案论证、硬件电路设计、控制器IP核设计以及CAN通讯协议的制定，软件编写等最后，根据本系统实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，并对下一步设计工作进行了展望。10.学位论文田学文车载视频点播服务器的研制2008本论文致力于研制具有较高集成度和自主知识产权的车载视频点播系统。随着现代信息技术、电子技术、计算机控制技术、以及汽车装备技术的不断发展，新兴的电子应用系统——车载视频点播系统应运而生，且越来越受到市场的关注。目前的车载视频点播系统大多数用PC机作为视频点播服务器，这些系统体积庞大，而且安装和维护都比较复杂，只能应用在铁路客车的车厢上，还无法安装在公路客车或者飞机等这类对体积和重量有特殊要求的场所。首先，本论文根据车载视频点播系统的国内现状，车载视频点播系统的发展趋势以及汽