基于ARM和uCOS-的以太网与CAN总线协议转换网关的研究

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1、基于ARM和uCOS-1

2、的以太网与CAN总线协议转换网关的研究摘要：本文分析了CAN总线和以太网的数据传输技术，利用已冇的高性能嵌入式ARM7®件开发平台，研究了CAN总线网络与以太网互连的实现方案。该网关方案通过対帧的拆分和巫组实现帧格式的相互转换，从而实现了以太网和CAN总线网络互连，最终达到将垄于TCP/IP协议的计算机网络设备与慕于CAN总线协议的底层现场网络设备连通的目标。关键词：CAN总线；以太网；网关；协议转换；TCP/1P协议；嵌入式1.引言计算机技术和通讯技术的进步促进了网络技术的飞速发展和广泛应用，然而由此带來的信息共字在给人民生活提供巨大方便的同时，也引发了工业控

3、制领域H动化系统体系结构的深刻变革。现在的工业现场控制信息不仅流动于控制层，而且会渗透于工厂自动化的各个层次，这其中也包括与企业信息网以及广域网的融合。现场总线技术代表了控制系统向网络化、全开放、全分散的系统结构的发展方向。其中CAN总线是目前应用最广泛的一利现场总线，而以以太M(Ethernet)及TCP/IP协议为代表的信息网络则满足了社会各行业对更广泛的信息交换及共享的需求。将控制网络与信息网络相融合，从而实现全厂乃至全世界范围内的信息共享，已经成为控制领域的热点问题。在处理器方面，目前在8位和16位微控制器平台上运行的TCP/1P协议栈可以将智能控制设备、仪器仪表等接入以太网，但

4、它仅可完成简单、低速的数据传输，无法满足工业现场的实时性和可靠性耍求，尤其是在连接请求较多或控制任务较复杂时，儿乎没有实时性可言。因此，必须采用功能更强、处理速度更快的32位微处理器，并且运行基于特定应用的嵌入式实时操作系统进行合理的任务调度，才能满足工业现场対实时性和可靠性的耍求。本文给出的就是一种基于ARM内核的32位微控制器LPC2292和嵌入式操作系统uCOS-11的CAN总线与以太网互连网关的设计方案。2.嵌入式网关硬件电路结构及通信

5、办议嵌入式网关是以ARM7系列微控制器LPC2292为核心的硬软件系统，它由LPC2292.以太网接【【、CAN现场总线接II、液晶键盘接口、串

6、口和实时时钟等电路组成。ARM最小系统通过以太网控制器的接口与以太网相连，通过CAN控制器的接口电路与现场总线相连。2.1电路中主要芯片介绍LPC2292是PHILIPS公司新推出的一款功能强大、超低功耗、支持实时仿真和跟踪的微控制器。它的内部集成有两路符合CAN2oOB,ISO11898-1规范标准的CAN控制器，总线数据波特率均可达1Mbps,可访问32位的寄存器和RAM,全局验收过滤器可识别儿乎所有总线的11位和29位标识符作为核心部件,LPC2292不仅承担主控制器的作用，同时还作为CAN网络的节点控制器，与网络屮的其他节点实现数据传输与交换，最终实现不同协议网络Z间的通讯。CA

7、N总线耦合器采用ADI公司推出的新型双通道数字隔离器ADUM1201,它采用的iCoupler技术是项专利隔离技术，貝有比光电耦合器更高的数据传输速率，同时在同一芯片内提供」E向和反向两个通信通道，简化了芯片间的硬件连接线路＜MCP2551是Microchip公司的一种可容错的高速CAN器件，可作为CAN协议控制器和系统物理总线的接口。该器件具冇差分发送和接收能力，可将许多节点与同一网络相连接。LPC2292内部没有集成以太网控制器，所以需要在片外搽建以太网接口电路，此设计中采用DAVI-COM公司的DM9000A(E)oRJ45接口采川ST-J0012,内部集成有2个耦合变压器，可抑制

8、来自介质的共模噪声和干扰。接口自带2个LED,分别显示链接/活动状态和速度状态(10M/100M),节省了硕件的线路连接。2.2CAN总线通信协议CAN总线控制器支持4种不同的CAN协议帧。数据帧：携带数据由发送器至接收器；数据帧自一个发送节点携带数据至一个或多个接收节点，数据帧止

9、7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束。远程帧：通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；激活为数据接收器的站可以借助于传送一个远程帧初始化各自源节点数据的发送。远程帧由6个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。出错帧：山检测出总线

10、错谋的任何单元发送；出错帧由两个不同场纽•成，第一个场由來"各帧的错谋标志叠加得到，后随的笫二个场是出错界定符。超载帧：用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。超载帧包括两个位场：超载标志和超载界定符。存在两种导致发送超载标志的超载条件:一个是要求延迟下一个数据帧或远程帧的接收器的内部条件；另一个是在间歇场检测到显性位。2.3嵌入式TCP/1P协议栈TCP/1P协议栈由网络接口层、网际层、传输层和应用层这4层构成。传输层实现传输控制