ارس فایل » پایان نامه بررسی و شبيه سازی عملكرد كنترلر CAN ، با استفاده از زبان توصيف سخت افزاری VHDL، و پياده سازی آن بر روی FPGA
بهتر است روی پای خود بمیری تا روی زانو‌هایت زندگی کنی. (رودی)
ضمانت بازگشت
فایل های تست شده
پرداخت آنلاین
تضمین کیفیت
دانلود فوری

قیمت فایل : رایگان

نوع فایل : پایان نامه تعداد صفحات : 86 حجم فایل (مگابایت) : 18 فرمت فایل : ورد نرم افزارهای مورد نیاز : Microsoft Office
<span itemprop="name">پایان نامه بررسی و شبيه سازی عملكرد كنترلر CAN ، با استفاده از زبان توصيف سخت افزاری VHDL، و پياده سازی آن بر روی FPGA</span>

پایان نامه بررسی و شبيه سازی عملكرد كنترلر CAN ، با استفاده از زبان توصيف سخت افزاری VHDL، و پياده سازی آن بر روی FPGA

 

چكيده

 

يكي از موضوعات مطرح در اتوماسيون صنعتي و روباتيك تبادل اطلاعات بين اجزاء شبكه مانند CPU و فرستنده و گيرنده هايي است كه نظارت و كنترل اجزاء يك سيستم را بعهده دارند از جمله زير ساختهاي لازم براي تبادل اطلاعات وجود شبكه ها  و گذرگاه هاي تعريف شده و استاندارد براي اتصال اجزاء يك سيستم اتوماسيون صنعتي است شبكه كنترل محلي (CAN-Control Area Network) و گذرگاه آن مدتي است كه در سيستمهاي صنعتي مورد استفاده قرار گرفته است و تراشه هاي متعددي با عنوان كنترلر گذرگاه CAN مورد استفاده قرار مي گيرد يكي از اين محصولات تراشه ۸۲۵۲۷ اينتل مي باشد كه اخيرا مورد توجه طراحان شبكه هاي كنترل محلي قرار گرفته است .

از ابداعات جديد علم الكترونيك كه امروزه كاربرد روزافزوني يافته است طراحي و پياده سازي مدارهاي ديجيتال و پردازنده هاي با كاربرد خاص بر روي تراشه هاي قابل برنامه ريزي FPGA است از مزاياي مهم اين نوع پياده سازي طراحي مدارهاي با قابليت پيكربندي مجدد بر اساس خواست طراح است .

علاوه بر اين در صورتي كه تهيه يك تراشه با كاربرد خاص بنا به دلايل گوناگون از جمله عدم انتقال تكنولوژي مشكل باشد با داشتن و مشخصات كاري آن تراشه به اين روش مي توان تراشه مورد نظر را بر روي تراشه هاي قابل برنامه ريزي پياده سازي نمود.

در اين پروژه با استفاده از زبان توصيف سخت افزاري VHDL و تراشه هاي قابل برنامه ريزي به طراحي و پياده سازي تراشه ۸۲۵۲۷ (كنترلر گذرگاه CAN ) اقدام شده است در عين حال اصلاحاتي نيز در عملكرد اين تراشه لحاظ شده كه كارايي آن را بهبود مي بخشد نتايج بدست آمده موفقيت اين پروژه را در طراحي ، پياده سازي و بهبود تراشه با انجام تغييرات پيشنهادي نشان مي دهد .

 

۱-۱– مقدمه

 

در دو دهه گذشته پيشرفت روز افزون علم الكترونيك تحولات شگرفي را در كار آمدي سطوح فناوري باعث گرديده است به شكلي كه اين روند رو به افزايش در عرصه هاي گوناگون از قبيل ارتباطات، پزشكي، اتوماسيون، نظامي و … كاملا مشهود است.

به عنوان نمونه در اتوماسيون صنعتي و روباتيك واحدهاي الكترونيكي كه بخش مهمي از سيستم بشمار مي روند توانسته اند بهره وري سيستم را فزوني بخشند. از مسايل مطرح در اين زمينه مي توان طراحي و پياده سازي شبكه هاي صنعتي را نام برد . از جمله اين شبكه ها، (Control Area Network) CAN ، شبكه Profibus و شبكه Ethernet هستند. كه هر يك از اين شبكه ها در زمينه خاصي كاربرد دارند.

در شبكه هاي فوق و از جمله شبكه كنترل محلي (CAN) نياز به تراشه هاي كنترل شبكه است كه از نوع تراشه هاي خاص بوده و انواع متفاوتي از آنها توسط كمپانيهاي سازنده به بازار عرضه شده اند. يكي از اين محصولات تراشه ۸۲۵۲۷ اينتل مي باشد كه مورد توجه طراحان شبكه هاي كنترل محلي قرار گرفته است.

از ديگر ابداعات علم الكترونيك كه امروزه كاربرد فراوان دارد طراحي و پياده سازي مدارهاي ديجيتال و پردازنده هاي با كاربرد خاص بر روي تراشه هاي قابل برنامه ريزي است. از مزاياي مهم اين نوع پياده‌سازي مدارات ديجتال، طراحي مدارهاي با قابليت پيكربندي مجدد بر اساس خواست طراح است.

علاوه بر اين در صورتي كه تهيه يك تراشه با كاربرد خاص بنا به دلايل گوناگون از جمله عدم انتقال تكنولوژي مشكل باشد با داشتن مشخصات كاري آن تراشه به اين روش مي توان تراشه مورد نظر را بر روي تراشه هاي قابل برنامه ريزي پياده سازي نمود.

در اين پروژه با استفاده از يكي از زبانهاي توصيف سخت افزاري و تراشه هاي قابل برنامه ريزي به طراحي و پياده سازي تراشه ۸۲۵۲۷ ( كنترلر گذرگاه CAN ) اقدام شده است. در عين حال اصلاحاتي نيز در عملكرد اين تراشه لحاظ شده كه كار آيي آنرا بهبود مي بخشد. در ادامه اين فصل ابتدا به معرفي گذرگاه CAN مي پردازيم. پس از آن مروري بر تراشه هاي قابل برنامه ريزي و در انتها هم مروري بر زبانهاي توصيف سخت افزاري خواهيم داشت.

در فصل دوم مروري بر برخي از پياده سازيها در ارتباط با طراحي و اصلاح پردازنده هاي عمومي و نيز پياده سازي پردازشگرهاي سيگنال ديجيتال خواهيم داشت. در فصل سوم يكي از پر كاربردترين كنترلرهاي گذرگاه CAN و پروتكلهاي ارتباطي در اين شبكه را معرفي خواهيم نمود.در فصل چهارم به معرفي يكي از زبان هاي توصيف سخت افزار كه در اين پروژه مورد استفاده قرار گرفته است مي پردازيم. در فصل پنجم به پياده سازي كنترلر معرفي شده مي پردازيم. در انتها نتايج حاصل از پياده سازي را نشان خواهيم داد و به جمع بندي خواهيم پرداخت.

۱-۲- معرفي CAN

شبكه كنترل محلي (Control Area Network) براي كنترل سيم بندي هاي ساده تا شبكه هاي پيچيده قابل استفاده بوده و از جمله موارد كاربرد اين شبكه را مي توان سيستمهاي اتوماسيون صنعتي، وسائل و تجهيزات پزشكي، صنايع خودرو، هواپيما، كشتي سازي و … را نام برد.

به عنوان مثال در اتومبيل هاي پيشرفته مانند مرسدس بنز براي متصل نمودن و در عين حال مديريت بر واحدهاي الكترونيكي بخشهاي مختلف از قبيل موتور، درها، نمايشگرها و … اين شبكه استفاده مي شود. در صنايع حمل و نقل ريلي مثل قطار و مترو نيز اين شبكه براي كنترل اجزا مختلف سيستم مورد استفاده قرار مي گيرد.

استانداردهاي گوناگون با سرعتهاي متفاوت كه بر اساس قواعد CAN عمل مي نمايند وضع گرديده است و هر يك از صنايع استفاده كننده از شبكه كنترل محلي يكي از اين استانداردها را بكار مي برند استفاده مي نمايند.

در اين شبكه ارتباطات بين بخشهاي مختلف به صورت سريال مي باشد و اتصال اجزاي مختلف اين شبكه توسط گذرگاه سريالي كه از پروتكلهاي استاندارد CAN  پيروي مي كند صورت مي گيرد.

بخشهاي مختلف اين شبكه عبارتند از :

يك كنترلر شبكه، يك ميكروكنترلر يا ميكروپروسسور و تعداد لازم فرستنده – گيرنده پيام (Transciver) و ايزوله كننده هاي نوري (Opto cupler).

ميكروكنترلر به منظور راه اندازي و فرمان دادن به كنترلر شبكه بكار گرفته مي شود. در بعضي از شبكه‌هاي بزرگ بيشتر از يك كنترلر وجود دارد. شكل هاي (۱-۱) تا (۱-۳) نحوه اتصال اجزا مختلف اين شبكه را نشان مي دهند.

 

مراجع

 

[۱]”۸۲۵۲۷ Serial Communications Controller”, Intel, 1996.

[۲] “Data Link Layer”, available at Am Weichselgarten 26, D-91058 Erlangen, headquarters@ can – cia. De.

[۳]”Milsone of CAN history”, available at: http://www.CiA . Com.

[۴] “CANopen,an overview”,available at: http://www. CiA .com.

[۵] “CAN in passenger cares”, avaigable at: http:// www. CiA. Com.

[۶] عباس وفائي مباني تراشه هاي قابل برنامه ريزي دانشگاه اصفهان، ۱۳۸۰٫

[۷] Ghosh . s, “Hardware Description Language, Concepts and principles”, IEEE Press, 1999.

[۸]DeLima,F.G.E.,Carro,L.,Lubaszewski,M.,Reis,R., Velazco,R.,”Designing a Radiation Hardened 8051 – Like Micro-Controller”,proceedings of the 13th Symposium on Integrated Circuits and Systems Design , Grenoble- France

( SBCCI’۰۰ ).

[۹] “Implementing Logic with the Embedded Array in FLEX 10K Devices”, available at: http://www . altera . com.

[۱۰] Kazizimierz Wiatr and Ernest Jamro,”Implementation Image Data Convolutions operations in FPGA Rconfigurable Structures for Real – Time Vision Systems”,proceedings of the  The Interntional Conference on Information Technology: Coding and Computing.

[۱۱] ستار ميرزا كوچكي، شهرام طلاكوب” پياده سازي سخت افزاري يك فيلتر ديجيتال FIR معكوس شده”. دهمين كنفرانس برق، تبريز، ارديبهشت ۸۱ .

[۱۲] Oppenhim, A. V. And Schafer, R.W.”Discrete-Time Signal processing”, prentice –Hall, 1998.

[۱۳]”Impementing FIR Filters in FLEX Devices”, available at http:// www. altera. cam.

[۱۴] Lorca, F.G, Kessal, L., Demigny, D. “Efficient ASIC and FPGA

Implementations of IIR Filters for real time edge detection”, proceedings of

The 1997 International Conference on Image processing, Cergy pontoise, France (ICIP‍‍َ۹۷)

[۱۵] “Biquad IIR Filter”, available at http://www. Altera. com.

[۱۶] Mari`A.Trenas, Juan Lo`pez and Emilio L.Zapata, “FPGA Implementation of Wavelet packet Transform With Reconfigurable Tree Structure”,proceedings of The 26 th EUROMICRO Conference, Universidad de Malaga, 2000.

[۱۷] “Biorthogonal Wavelet Filter Megafunction”, available at http:// www. altera. com.

[۱۸] “Discrete Cosine Transform Megafunctions”, available at http:// www. altera . com.

[۱۹] “RGB2YCrCb8YCrCB2RGB Converter”,

available at :http:// www . altera. com.

[۲۰]” Digital Modulator Megafunction”, available at: http://www altera. com.

[۲۱] “New Bus Architectures: How CardBus Fits with IEEE 1394, USB, and PCI and Others.”Intel Inc.1998, available online at: http:// :www. PC-CARD. Com/papers/new.

[۲۲]”USB Host Controller Megafunction”, available at http://www.altera.com.

[۲۳] سيد مهدي فخرائي، فرشيد رئيسي، مهديه مهران،؛ پياده سازي كنترلر گذرگاه PCI بر روي “FPGA پايان نامه كارشناسي ارشد، دانشگاه صنعتي خواجه نصرالدين طوسي، زمستان ۷۹٫

[۲۴] مهران شتابي، احمد اكبري، “ پياده سازي كد كننده هاي گفتار با استفاده از سيستم هاي با قابليت پيكربندي مجدد”، يازدهمين كنفرانس برق، شيراز، ارديبهشت ۸۲٫

[۲۵] مهدي قويدل جليسه، حسن حاج قاسم، محمد ابراهيم نژاد سلماني، “ طراحي و پياده سازي ASIC كد كننده و كد بردار كد فاير”، يازدهمين كنفرانس برق، شيراز، ارديبهشت ۸۲ .

[۲۶] محمود فتحي، صالح يوسفي. “ پياده سازي سخت افزاري الگوريتمهاي سطح بالاي پردازش تصوير با استفاده از پيكربندي جزئي FPGA در زمان اجرا”، يازدهمين كنفرانس برق، شيراز، ارديبهشت ۸۲ .

[۲۷] Rinker,R.,Hammes,J,“Compiling Image processing Applications to Reconfigurable Hardware”,Proceedings of the IEEE International Conference on Application Specific Systems, ASAP 2000.

[۲۸] Bios,G., Bosi,B.,” High performance Reconfigurable Coprocessor for Digital Mentor Graphics User s Group, Oregan,Oct. 1997

[۲۹] Haldar,M., Nayka, A., Choudhary,A., “FPGA Hardware Synthesis From

Matlab”, ۱۴th International Conference on VLSI Design, Bangalore, India,

January 03-07,2001.

[۳۰] Lbrra, A.,Femandez, C., Alvarez, B. Femandez-Merono J.M..”FPGA Solution for Low Cost Applications of Real – Time Automated Visual Inspection (RT-AVI)

Systems”, Dedicated Systems Magazine –۲۰۰۱ Q2 (http://www. dedicated –systems .com).

[۳۱] Woods,r., “Applying an XC 6200 to Real-Time Image Processing”, IEEE Design and Test of Computers, Vol.15, No.1, Jan-March 1998.

[۳۲] Fawcett, B.K., Watson, J.,”Reconfigurable processing with Field programmable

Gate Arrays”, International Conference on Application-specific  System,

Architectures, and processor, Chicago, IL, 1996.

[۳۳] “Embedded Microcontrollers”, Intel. 1996.

[۳۴] “CAN Specification 2.0 part B”, available online at http://www.CAN-Cia.de.

[۳۵] “CAN Specification 2.0 part A”, available online at http://www.CAN-Cia.de.

[۳۶] Navabi, Z., “VHDL Analysis and Modeling of Digital Systems” , 2nd edition, McGraw – Hill, 1998.

[۳۷] Ashenden, P.J., “The designer s Guide to VHDL” , 2nd edition, Academic Press, 2002.

[۳۸] Cohen, B., “VHDL Coding Styles and Methodologies ” ,2nd edition, Kluwer Academic Publishers, 1999.

[۳۹] Armstrong, J.R. Gray , F.G. , ” VHDL Design Repersentation and Synthesis” , 2nd edition , Prentice – Hall PTR , 2002.

[۴۰] Pellerin, D. and D.Taylor, D., “VHDL Made Easy” , Prentice Hall Inc, 1997.

[۴۱] Mano, M.M., ” Computer System Architecture ” 3rd edition , Prentice-Hall, 1993.

[۴۲] Mazidi, M.A. ” The 80X86 IBMPC  & compatible computers” , 2 nd edition , prentice- Hall, VolumeII, 1998.

[۴۳] Anderw Tanebaum, S.” computer Networks” , 3rd edition, Prentice-Hall, 1996.

[۴۴] Nair, R ., Ryan G., Farzaneh, F., “A symbol Based Algorithm for Hardware Implementation of cyclic Redundancy Check (CRC)” , 1997 VHDL International User s Forum , Arlington, 1997.

[۴۵] Atmel Inc. ” Configurable Lagic Data Book” , 2001.

 

 

فهرست

 

چكيده

 

فصل اول – مقدمه

۱-۱-      مقدمه

۱-۲-      معرفي CAN

۱-۳-      مقدمه اي بر تراشه هاي قابل برنامه ريزي

۱-۴-      مروري بر زبان هاي توصيف سخت افزاري

۱-۵-      نرم افزارهاي طراحي تراشه هاي FPGA           ۱

 

فصل دوم – مروري بر كارهاي انجام شده

۲-۱- مقدمه

۲-۲- ميكروكنترلر مقاوم شده در برابر تشعشع

۲-۳- كانولوشن كننده هاي (Convolelrs) دو بعدي

۲-۴- فيلترهاي ديجيتال

۲-۴-۱- فيلترهاي با پاسخ ضربه محدود (FIR)

۲-۴-۲- فيلترهاي با پاسخ ضربه نامحدود (IIR)

۲-۴-۳- فيلترهاي Wavelet متقارن

۲-۵- تبديل كسينوسي گسسته و معكوس آن (IDCT,DCT)

۲-۶- مبدلهاي فضاي رنگي ( )

۲-۷- مدولاتور ديجيتال

۲-۸- كنترلر گذرگاه USB

۲-۹- كنترلر گذرگاه PCI

۲-۱۰-كد كننده گفتار ITU-T G.723.1

۲-۱۱- كد كننده ها كدفاير

۲-۱۲- پياده سازي سخت افزاري الگوريتم هاي سطح بالاي پردازش تصوير

با استفاده از پيكر بندي جزئي FPGA در زمان اجرا

۲-۱۳- مترجم هاي زبان هاي سطح بالا به زبان VHDL

۲-۱۴- پياده سازي يك پردازشگر تصوير قابل پيكر بندي مجدد

۲-۱۵- جمع بندي

 

فصل سوم – كنترلر گذرگاه CAN

۳-۱- مقدمه

۳-۲- پايه هاي تراشه كنترلر CAN

۳-۳- بررسي سخت افزار كنترلر CAN

۳-۳-۱- شمارنده هاي خطا در كنترلر CAN

۳-۳-۲- ثبات هاي كنترل

۳-۳-۲-۱- ثبات فعال كننده وقفه ها

۳-۳-۲-۲- ثبات وضعيت

۳-۳-۲-۳-  ثبات واسط CPU

۳-۳-۲-۴- ثبات پيكربندي گذرگاه

۳-۳-۲-۵- ثبات CIK out

۳-۳-۳- واحد زمان بندي بيت

۳-۳-۳-۱- سرعت نامي نرخ بيت

۳-۳-۳-۲- ثبات صفر زمان بندي بيت

۳-۳-۳-۳- ثبات يك زمان بندي بيت

۳-۳-۴- ثبات ماسك توسعه يافته و استاندارد

۳-۳-۵- بسته هاي پيام

۳-۳-۵-۱- ميدان كنترل

۳-۳-۵-۲- ميدان داوري يا شناسه

۳-۳-۵-۳- ميدان داده

۳-۳-۵-۴- ميدان تركيب بندي

۳-۳-۶- ثبات وقفه

۳-۴- دريافت و ارسال پيام

۳-۴-۱- انواع فريم هاي اطلاعات قابل مبادله بين گره ها و كنترلر

۳-۴-۱-۱- فريم داده

۳-۴-۱-۲- فريم دور

۳-۴-۱-۳- فريم خطا

۳-۴-۱-۴- فريم اضافه بار

۳-۴-۲- بررسي كدهاي خطا در تبادلات كنترلرCAN

 

فصل چهارم – خلاصه اي از خصوصيات اصلي زبان VHDL

۴-۱- مقدمه

۴-۲- شي (object)

۴-۳- عملگرهاي زبان VHDL

۴-۴- توصيف كننده هاي يك مولفه

۴-۵- ساختارهاي همزماني و ترتيبي

۴-۶- روشهاي توصيف سخت افزار

۴-۶-۱- روش توصيف ساختاري

۴-۶-۲- روش توصيف فلوي داده (Data Flow)

۴-۶-۳- روش توصيف رفتاري

۴-۷- كد نويسي قابل سنتز

۴-۸- جمع بندي     ۵۱

 

فصل پنجم – پياده سازي كنترلر گذرگاه CAN

۵-۱- مقدمه

۵-۲-ثبات ارسال و دريافت پيام در كنترلر

۵-۳- ثبات ماسك

۵-۴- سيستم مقايسه شناسه ها

۵-۵- افزايش تعداد بسته هاي پيام

۵-۶- واحد  محاسبه كننده كد CRC

۵-۷- دياگرام پايه هاي كنترلر طراحي شده و پياده سازي ديكودر آدرس

۵-۸- نرم افزار مورد استفاده در پياده سازي كنترلر CAN

۵-۹- جمع بندي

 

فصل ششم – نتايج و جمع بندي

۶-۱- مقدمه

۶-۲- نتايج حاصل از تست وضعيتهاي مختلف كنترلر

۶-۳- نتايج حاصل از تست واحد CRC توسعه يافته

۶-۴- نتايج حاصل از تست  stuff bit

۶-۵- ارسال فريم خطا

۶-۶- بررسي وضعيت پايه فركانس خروجي CLK out

۶-۷- بررسي عملكرد حالت Sleep , pwd

۶-۸- نتايج مربوط به پياده سازي سخت افزار روي تراشه

۶-۹- نتيجه گيري و پيشنهادات براي ادامه كار

مراجع    ۷۴

قیمت فایل : رایگان

دسته بندی : تاريخ : ۲۲ مرداد ۱۳۹۶ به اشتراک بگذارید :