Diseño e implementación de un sistema de medición de 4 canales basado en CAN bus sobre una tarjeta de desarrollo FPGA

Abstract

CAN BUS is a robust communications protocol, developed initially for automotive applications. This communication network allows multiple devices to exchange information for control, monitoring and decision making through a data bus only, being unnecessary to interconnect with each other, without the need for separate analog inputs and outputs and digital. Because of the advantages that they have been observed on CAN, different industries have accepted to apply in some of their services. Furthermore, an FPGA is a programmable logic device, i.e. a chip which logic gates can be programmed according to the needs of the design. FPGAs are used in various fields, ranging from manufacturing mechanized industry to aerospace. These tools are very useful for specific solutions, such as the case of this thesis, where the hardware is designed to simulate a DDS (where signals are generated) and a UART for transmitting and receiving data simultaneously, plus they offer us possibility of being reconfigurable, if an error in the original design, which does not happen in a normal microprocessor, for example, because the only way would be using a new one. This thesis presents a detailed study of both issues to make the design of a data monitoring system based on CAN bus protocol for the transmission and handling of information, implemented on an FPGA. The implementation is done on a Spartan 3a Starter Kit which is based on a FPGA Spartan 3a, this card gives us a greater capacity for processing that is necessary for the design but is used to meet these devices thoroughly and leverage their knowledge to future applications.

CAN BUS es un protocolo robusto de comunicaciones, desarrollado, inicialmente para aplicaciones en automóviles. Esta red de comunicación les permite a varios dispositivos intercambiar información para el control, monitoreo y toma de decisiones a través de solo un bus de datos, sin la necesidad que éstos tengan que interconectarse entre sí, sin la necesidad de tener distintas entradas y salidas analógicas y digitales. Debido a las ventajas que se han observado en CAN, diferentes industrias lo han aceptado para aplicarlo en algunos de sus servicios. Por otro lado, una FPGA es un dispositivo lógico programable, es decir, un chip cuyas compuertas lógicas se pueden programar de acuerdo a las necesidades del diseño. Las FPGA se utilizan en distintos campos, que van desde las industrias de fabricación mecanizada hasta la industria aeroespacial. Estos instrumentos son muy útiles para soluciones específicas, como el caso de esta tesis, donde se diseña el hardware para simular un DDS (donde se generan las señales) y un UART para la transmisión y recepción de datos simultáneamente, además de que nos ofrecen la posibilidad de ser reconfigurables, en caso de algún error en el diseño original, lo cual no ocurriría en un microprocesador normal, por ejemplo, ya que la única manera sería utilizando uno nuevo. En esta tesis se hace un estudio a detalle de ambos temas, para hacer el diseño de un sistema de observación de datos basado en el protocolo CAN bus para la transmisión y manejo de información, implementado sobre una FPGA. La implementación se realiza sobre un Spartan 3a Starter Kit el cual está basada en una FPGA Spartan 3a, esta tarjeta nos brinda una capacidad de procesamiento mayor al que es necesario para el diseño, pero es usada para conocer estos dispositivos a fondo y aprovechar su conocimiento para aplicaciones futuras.