基于FPGA的串行总线解码与触发技术的研究与实现

摘要

随着现代通信技术的快速发展，串行总线由于成本低廉、抗干扰能力强、传输距离较远，得到越来越广泛的应用。在实际调试过程中，串行总线测量在触发方式、总线类型、通用性和协议解码分析的正确性方面都对测试仪器提出新的要求。数字荧光示波器（DPO，Digital Phosphor Oscilloscope）是现代测试系统中不可或缺的综合性测量仪器。串行总线解码与触发技术已经成为数字荧光示波器准确捕获串行总线信号和稳定触发显示波形数据的关键技术。
　　本课题属于数字荧光示波器高级触发与协议分析模块的一部分，主要对数字荧光示波器中的串行总线解码与触发技术进行了研究与实现。本文在深入研究数字荧光示波器触发技术基本原理和串行总线协议标准的基础上，结合自顶向下的设计思想，基于Xilinx公司Kintex-7系列FPGA芯片实现了CAN和LIN两种串行总线解码与触发功能的模块化设计。
　　论文首先介绍了项目开发所基于的数字荧光示波器平台和FPGA芯片，然后阐述了串行总线解码与触发模块的总体设计方案与框图，接着详细介绍了解码参数寄存模块、串行总线解码模块、触发判别比较模块、解码标签生成模块以及解码数据存储与传输模块具体设计与实现，最后在自主设计的数字荧光示波器硬件平台上对论文所做的设计进行了详细地测试与验证。本文研究成果已成功应用于数字荧光示波器样机中，达到了系统各项预期的功能和指标。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 串行总线技术的主要特点与研究现状

1．3 本课题的研究内容及主要工作

1．4 本论文的结构及主要内容安排

第二章 系统总体方案介绍与设计

2．1 数字荧光示波器简介

2．2 示波器项目总体设计方案

2．3 串行总线信号解码与触发模块总体设计

2．3．1 需求分析

2．3．1 主要功能指标

2．3．2 模块总体框图

2．3．3 模块整体工作流程

2．4 FPGA技术介绍

2．4．1 FPGA技术简介

2．4．2 FPGA的设计流程

2．4．3 Xilinx FPGA Kintex-7芯片简介

2．5 本章小结

第三章 串行总线解码模块的设计与实现

3．1 解码参数寄存模块的FPGA实现

3．2 CAN总线解码模块的FPGA实现

3．2．1 CAN总线协议简介

3．2．2 模块总体框图

3．2．3 解码工作流程

3．2．4 相位转换设计

3．2．5 位定时设计

3．2．6 采样抽点设计

3．2．7 同步设计

3．2．8 位填充编码过滤设计

3．2．9 总线出错解码

3．3 LIN总线解码模块的FPGA实现

3．3．1 LIN总线协议简介

3．3．2 解码工作流程

3．3．3 采样解码时钟设计

3．3．4 帧头字段解码设计

3．3．5 应答字段解码设计

3．4 解码标签生成模块的FPGA实现

3．5 解码数据存储与传输模块的FPGA实现

3．6 本章小结

第四章 串行总线触发模块的设计与实现

4．1 示波器触发技术原理

4．1．1 触发的定义与作用

4．1．2 触发的基本概念

4．1．3 串行总线触发系统的工作原理

4．2 示波器触发采集模块的设计与实现

4．3 串行总线触发模块的设计与实现

4．3．1 用户设置的触发条件

4．3．2 触发判别比较设计

4．3．3 触发模块组成结构

4．3．4 触发模块工作流程

4．4 本章小结

第五章 系统调试与验证

5．1 模块调试中遇到的主要问题与解决办法

5．1．1 跨时钟域处理问题

5．1．2 组合逻辑与时序逻辑问题

5．1．3 异步串行总线位时序同步问题

5．2 CAN总线解码与触发的测试与验证

5．3 LIN总线解码与触发的测试与验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献