FPGA verilog can mcp2515 altera xilinx工程 代码 程序 ...altera、xilinx工程 均提供 ...标准帧、扩展帧 均提供 ...提供仿真激励文件testbench 资料包清单： 1.程序：altera/xilinx工程代码、Verilog/testbench均提供。 代码均在电路板验证 2.说明书 3.quartus ii 13.0：软件安装包 注1：工程均带有激励testbench，软件安装好之后，仿真路径设置之后，打开，点击RTL Simulation即可开始仿真 注2：所有代码均为纯Verilog（PLL除外） 注3：给出testbench代码，并且已经在电路板中验证过。

一、概述

本文基于Altera/Xilinx双平台工程，阐述一套以FPGA为SPI主设备、MCP2515为CAN协议控制器的完整通信链路方案。设计采用纯Verilog实现，时钟域隔离、参数化波特率、扩展/标准帧自适应收发，并配套RTL仿真脚本，可一键跑通ModelSim/QuestaSim。重点放在“FPGA如何以最小CPU干预完成CAN报文透明转发”这一核心诉求，兼顾可移植性与可扩展性。

二、系统架构

2.1 顶层数据流

用户时钟24 MHz ──► 片上PLL ──► 100 MHz系统时钟
                                        │
                                        ▼
                  ┌-------------------------------┐
                  │      MCP2515_SPI_III_top      │
                  │  (顶层调度+跨时钟域复位同步)  │
                  └-----------┬-------------------┘
                              │ 32-bit配置总线
                              ▼
                  ┌-------------------------------┐
                  │   spi_timing_ctrl_3           │
                  │  (SPI-CPOL=0/CPHA=0主控时序)  │
                  └-----------┬-------------------┘
                              │ 8-bit MOSI/MISO
                              ▼
                         MCP2515芯片
                              │
                              ▼
                         CANH/CANL总线

2.2 关键模块划分

模块名	职责	设计要点
systemctrlpll	时钟/复位产生	上电延时1 ms，锁相环locked后释放异步复位；提供100 M/90°/16 M多路时钟
mcp2515_init	寄存器初始化	基于ROM查表，17条配置命令顺序下发；完成后拉高init_done
mcp2515_receive	接收引擎	查询RXB0中断标志，自动读取ID+DLC+Data，清中断标志；帧类型位宽可参数化
mcp2515_send	发送引擎	等待TXB0空，写ID+DLC+Data，拉低TX0RTS 100个时钟再拉高，完成发送
spitimingctrl_3	低层SPI时序	1 MHz SCK，24-bit指令帧（命令+地址+数据），读写共用；busy信号脉冲返回

三、初始化流程

1. 上电复位
   系统时钟稳定后，PLL locked信号同步到100 MHz域，生成1 ms宽脉冲的sysrstn。此时canrstn保持低电平，MCP2515硬件复位引脚被强制拉低。

1. SPI接口唤醒
   canrstn释放后，spitimingctrl_3模块开始工作；其内部10 µs定时器保证片选建立时间，随后进入IDLE态等待上层命令。

1. 寄存器批量配置
   mcp2515init状态机按ROM地址0→16顺序取出预置值，依次写入CNF1/2/3、TXRTSCTRL、RXB0CTRL、滤波器屏蔽器等寄存器；最后切回Normal模式，initdone置位。

1. 中断标志清除
   初始化末尾主动读一次RXB0CTRL，把可能上电置位的RX0IF清掉，防止误触发接收引擎。

四、接收流程（查询式）

1. 接收引擎持续查询RX0IF（寄存器0x2C bit0）。
2. 一旦置位，进入读数据序列：
   0x61→0x62→0x63→0x64→0x65→0x66…0x6D，共13字节，分别对应ID高/低、IDE、RTR、DLC、Data0-7。
3. 读完最后字节，回写0x2C把RX0IF清零，同时拉高receive_done一个时钟，通知顶层“帧已就绪”。
4. 顶层收到receive_done后，把同一帧内容原封不动提交给发送引擎，实现“环回”验证。

五、发送流程（触发式）

1. 发送引擎等待sendrequestack=1，表示接收侧已准备好数据。
2. 查询TXB0CTRL bit4（TXREQ），=0表示发送缓冲区空。
3. 顺序写TXB0SIDH、TXB0SIDL、TXB0EID8、TXB0EID0、TXB0DLC、TXB0D0…D7。
4. 拉低TX0RTS引脚≥100时钟（物理层要求），再拉高，激活CAN控制器发送。
5. 等待TXREQ由1→0，置位send_done，状态机回到IDLE。

六、波特率与滤波器配置

• 采用16 MHz晶振时，CNF1/2/3寄存器已预置500 kbps参数（Tq=125 ns，SJW=1，PropSeg=1，PS1=8，PS2=8）。
• 如需切换波特率，仅需替换Mcp2515_Params.h内宏定义，重新编译即可，无需动RTL。
• 验收滤波器默认全开（RXM0=0x00），方便调试；量产可改为只接收特定ID段，降低FPGA负载。

七、时钟域与跨域握手

• 100 MHz主时钟域：init、receive、send、SPI时序。
• 24 MHz时钟域：仅用于can_osc1输出给MCP2515作外部时钟源。
• 复位同步：异步复位同步释放，采用二级DFF，确保canrstn在100 MHz域释放时满足Recovery/Removal。
• SPI-busy信号（config_end）为单时钟脉冲，直接驱动各引擎状态机，无跨域风险。

八、仿真与验证

• testbench在接收done事件后，立即把recid/recdata*赋给send侧，形成闭环；串口打印“SIMULATION PASSED”即表明环路正确。
• 支持两种仿真模式：
• 行为级：spitimingctrl_3内部SPI时钟1 MHz，跑500 µs即可看到完整帧。
• 时序级：采用Quartus/ISE生成的SDF，反标后检查建立/保持时间，确保在100 MHz下余量>0.5 ns。

九、移植指南

1. 平台差异
   - Altera：PLL使用altpll，输出c0=100 M、c1=100 M(-90°)、c2=16 M。
   - Xilinx：改用clk_wiz，同等输出，锁相环参数已封装在tcl脚本，一键生成。

1. 引脚复用
   顶层仅9个IO：clk、rstn、spi*、canosc1、canrst_n、TX0RTS。其余引脚可自由分配，适配任意144pin以下封装。

1. 时钟频率调整
   若外部晶振非24 MHz，仅需修改PLL倍/分频系数；spitimingctrl3内SPIFREQ参数同步改为系统时钟/SPI时钟即可。

十、性能指标

• 单帧接收→发送延迟：≤ 180 µs（500 kbps，8字节数据，含SPI读写+寄存器解析）。
• 最大连续帧率：约 3 000 fps（8字节，无滤波，FPGA 100 MHz）。
• 资源占用：Cyclone IV EP4CE10 < 800 LE；Spartan-6 XC6SLX9 < 350 Slice。

十一、可扩展方向

• 升级为中断驱动：将MCP2515的/INT引脚接入FPGA，减少查询功耗。
• 增加发送队列：片内例化异步FIFO，CPU通过Avalon/AXI-Lite写入，实现突发发送。
• 支持CAN-FD：换用MCP2517FD，SPI时钟提至20 MHz，数据段速率可达8 Mbps。
• 双CAN冗余：例化两套本IP，共用100 MHz时钟，实现冗余通道热备份。

十二、结论

该框架以“纯硬件状态机”方式完成CAN控制器管理，无需嵌入式CPU介入，具备低延迟、高确定、易移植的特点。通过预留的寄存器接口，用户可在上层快速叠加自定义逻辑（如报文过滤、时间戳、故障注入），是工业控制、车载网关、实时数据采集等场景的理想CAN通信底座。