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《基于ARM和uCOS-的以太網(wǎng)與CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、基于ARM和uCOS-1
2、的以太網(wǎng)與CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的研究摘要：本文分析了CAN總線和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，利用已冇的高性能嵌入式ARM7?件開發(fā)平臺，研究了CAN總線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)互連的實(shí)現(xiàn)方案。該網(wǎng)關(guān)方案通過対幀的拆分和巫組實(shí)現(xiàn)幀格式的相互轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)和CAN總線網(wǎng)絡(luò)互連，最終達(dá)到將壟于TCP/IP協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與慕于CAN總線協(xié)議的底層現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連通的目標(biāo)。關(guān)鍵詞：CAN總線；以太網(wǎng)；網(wǎng)關(guān)；協(xié)議轉(zhuǎn)換；TCP/1P協(xié)議；嵌入式1.引言計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，然而由此帶來的信息共字在給人民生活提供巨大方便的同時(shí)，也引發(fā)了工業(yè)控
3、制領(lǐng)域H動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的深刻變革。現(xiàn)在的工業(yè)現(xiàn)場控制信息不僅流動于控制層，而且會滲透于工廠自動化的各個層次，這其中也包括與企業(yè)信息網(wǎng)以及廣域網(wǎng)的融合?，F(xiàn)場總線技術(shù)代表了控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、全開放、全分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。其中CAN總線是目前應(yīng)用最廣泛的一利現(xiàn)場總線，而以以太M(Ethernet)及TCP/IP協(xié)議為代表的信息網(wǎng)絡(luò)則滿足了社會各行業(yè)對更廣泛的信息交換及共享的需求。將控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)相融合，從而實(shí)現(xiàn)全廠乃至全世界范圍內(nèi)的信息共享，已經(jīng)成為控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。在處理器方面，目前在8位和16位微控制器平臺上運(yùn)行的TCP/1P協(xié)議棧可以將智能控制設(shè)備、儀器儀表等接入以太網(wǎng)，但
4、它僅可完成簡單、低速的數(shù)據(jù)傳輸，無法滿足工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)性和可靠性耍求，尤其是在連接請求較多或控制任務(wù)較復(fù)雜時(shí)，兒乎沒有實(shí)時(shí)性可言。因此，必須采用功能更強(qiáng)、處理速度更快的32位微處理器，并且運(yùn)行基于特定應(yīng)用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行合理的任務(wù)調(diào)度，才能滿足工業(yè)現(xiàn)場対實(shí)時(shí)性和可靠性的耍求。本文給出的就是一種基于ARM內(nèi)核的32位微控制器LPC2292和嵌入式操作系統(tǒng)uCOS-11的CAN總線與以太網(wǎng)互連網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)方案。2.嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件電路結(jié)構(gòu)及通信
5、辦議嵌入式網(wǎng)關(guān)是以ARM7系列微控制器LPC2292為核心的硬軟件系統(tǒng)，它由LPC2292.以太網(wǎng)接【【、CAN現(xiàn)場總線接II、液晶鍵盤接口、串
6、口和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等電路組成。ARM最小系統(tǒng)通過以太網(wǎng)控制器的接口與以太網(wǎng)相連，通過CAN控制器的接口電路與現(xiàn)場總線相連。2.1電路中主要芯片介紹LPC2292是PHILIPS公司新推出的一款功能強(qiáng)大、超低功耗、支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的微控制器。它的內(nèi)部集成有兩路符合CAN2oOB,ISO11898-1規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的CAN控制器，總線數(shù)據(jù)波特率均可達(dá)1Mbps,可訪問32位的寄存器和RAM,全局驗(yàn)收過濾器可識別兒乎所有總線的11位和29位標(biāo)識符作為核心部件,LPC2292不僅承擔(dān)主控制器的作用，同時(shí)還作為CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)控制器，與網(wǎng)絡(luò)屮的其他節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與交換，最終實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)Z間的通訊。CA
7、N總線耦合器采用ADI公司推出的新型雙通道數(shù)字隔離器ADUM1201,它采用的iCoupler技術(shù)是項(xiàng)專利隔離技術(shù)，貝有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)在同一芯片內(nèi)提供」E向和反向兩個通信通道，簡化了芯片間的硬件連接線路＜MCP2551是Microchip公司的一種可容錯的高速CAN器件，可作為CAN協(xié)議控制器和系統(tǒng)物理總線的接口。該器件具冇差分發(fā)送和接收能力，可將許多節(jié)點(diǎn)與同一網(wǎng)絡(luò)相連接。LPC2292內(nèi)部沒有集成以太網(wǎng)控制器，所以需要在片外搽建以太網(wǎng)接口電路，此設(shè)計(jì)中采用DAVI-COM公司的DM9000A(E)oRJ45接口采川ST-J0012,內(nèi)部集成有2個耦合變壓器，可抑制
8、來自介質(zhì)的共模噪聲和干擾。接口自帶2個LED,分別顯示鏈接/活動狀態(tài)和速度狀態(tài)(10M/100M),節(jié)省了碩件的線路連接。2.2CAN總線通信協(xié)議CAN總線控制器支持4種不同的CAN協(xié)議幀。數(shù)據(jù)幀：攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；數(shù)據(jù)幀自一個發(fā)送節(jié)點(diǎn)攜帶數(shù)據(jù)至一個或多個接收節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)幀止
9、7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。遠(yuǎn)程幀：通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀；激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以借助于傳送一個遠(yuǎn)程幀初始化各自源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。遠(yuǎn)程幀由6個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。出錯幀：山檢測出總線
10、錯謀的任何單元發(fā)送；出錯幀由兩個不同場紐?成，第一個場由來"各幀的錯謀標(biāo)志疊加得到，后隨的笫二個場是出錯界定符。超載幀：用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。超載幀包括兩個位場：超載標(biāo)志和超載界定符。存在兩種導(dǎo)致發(fā)送超載標(biāo)志的超載條件:一個是要求延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的接收器的內(nèi)部條件；另一個是在間歇場檢測到顯性位。2.3嵌入式TCP/1P協(xié)議棧TCP/1P協(xié)議棧由網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層這4層構(gòu)成。傳輸層實(shí)現(xiàn)傳輸控制
