在现代电子通信系统中，CAN总线作为车载网络的通讯标准，在保证数据实时性与可靠性方面扮演着重要角色。FPGA（现场可编程门阵列）以其硬件并行处理能力和灵活的可编程特性，在CAN总线通信事务的现场测试系统设计中具有明显优势。本文介绍了一种基于FPGA的CAN总线通信事务的现场测试系统设计，该设计可针对不同属性的被测节点进行接口配置和波特率匹配，同时模拟CAN总线主节点，并能实时接收CAN总线上任意被测节点发送的数据。
一、CAN总线通信概述
CAN（Controller Area Network）总线是一种多主控制的串行通讯总线，它具有高实时性、高可靠性、错误检测能力强等特点。在ISO/OSI模型中，CAN总线覆盖了物理层和数据链路层，而应用层则需用户根据具体应用通过软件来实现。CAN总线广泛应用于汽车、航空航天等对实时性与可靠性要求较高的领域中。
二、FPGA在CAN总线通信中的应用
FPGA是一个可以通过编程来实现用户自定义逻辑的集成电路。它在数据处理速度、抗干扰能力和稳定性方面有突出表现。在CAN总线通信事务的现场测试系统中，FPGA用于实现上位机配置数据和命令的下发以及测试数据的接收，保证了测试系统的实时性和准确性。同时，FPGA通过并行数据传输方式与单片机通信，通过USB接口与上位机通信。
三、系统设计细节
在提出的系统设计中，CAN测试节点使用了具有内部集成CAN控制器的单片机C8051F040。这样的设计能够有效利用单片机处理特定应用层任务的能力，同时，通过FPGA实现更高速的数据处理和传输。单片机和FPGA之间的通信采用了并行端口，FPGA与上位机之间的通信则通过FT245接口转换芯片实现USB通信。
四、系统接口设计
系统采用FPGA作为主控设备，单片机作为从设备。FPGA与单片机的接口设计关系到测试系统的性能，本设计中，单片机通过外部中断向FPGA发送命令，FPGA通过中断的方式向单片机下发命令，保证了数据处理的及时性和高效性。FPGA内部开辟了FIFO（先进先出）缓冲区以缓存测试数据。
五、系统功能与特点
此测试系统能够模拟CAN总线网络中的主节点，对从节点发送命令或数据，并实时接收CAN总线上任意被测节点的数据。系统的实用性和可靠性通过实验验证，其已被成功应用于航天测试设备中。
六、结论
基于FPGA的CAN总线通信事务的现场测试系统设计充分利用了FPGA处理速度快和抗干扰性强的特点，成功实现了对不同属性的CAN总线节点进行现场测试。系统可实现接口配置、波特率匹配，并具有实时数据处理能力，具有很强的实用性和高度可靠性。
七、应用场景
该系统设计适合于航空航天、汽车电子、工业自动化等领域的CAN总线网络节点性能测试。特别是在对测试设备置信度和可靠性要求极高的航天测试设备中，该系统的设计和应用具有重要的价值。
八、技术延伸
在该系统的基础上，进一步研究可包括CAN总线安全性测试、故障诊断、故障注入等，以满足更多复杂场景下的测试需求。同时，随着FPGA技术的不断进步，其在CAN总线通信系统中的应用前景更加广阔，将有助于提升未来通信设备的性能和可靠性。
