profibus和can现场总线协议分析与桥接器的实现

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1、北京交通大学硕士学位论文PROFIBUS和CAN现场总线协议分析与桥接器的实现姓名：傅家林申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：罗四维20050301摘要计算机技术和通信技术的飞速发展，导致了自动化领域的深刻变革，并逐渐形成了自动化领域的开放系统互连通信网络，形成了全分布式网络集成化自控系统。而现场总线技术正是这场深刻变革中的重要技术。因此深入了解研究现场总线技术有极重要的现实意义。目前，市场上有几种现场总线技术己逐渐形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。例如：CAN总线和PROFIBUS总线，它们具有各自的特点，也

2、显示了较强的生命力。出于各大企业维护自己的利益，要想在短时间内形成一个统一的国际标准不是一件容易的事，多种总线共存的局面还会持续相当长的一段时间。因此研究实现不同总线之间的互连会给企业和用户提供很大的方便。本论文针对此需求展开研究，实现了CAN总线和PROFIBUS总线之间的数据通讯，即总线桥接器的设计。本文对CAN总线技术和PROFIBUS总线技术做了较深入地研究。包括两种总线的特点，以及两种总线的协议区别。由于这两种总线只具有开放系统互连参考模型的物理层和数据链路层，因此针对这两层的差异展丌研究。物理层通过硬件的设计实现不同信号编

3、码的转换．并有相应的硬件实现，因此不同信号的转换比较方便。而数据链路层的协议存在较大差异．因此即需要硬件也需要软件的配合。CAN总线和PROFIBUS总线的数据链路层协议分别集成在各自的总线控制芯片内。为了在桥接器中充分利用两种总线的控制芯片，本文分别对两种总线控制芯片作了深入地研究。首先对CAN总线控制器SJAl000内部硬件的组成以及原理做了充分的研究，包括内部寄存器的功能、发送缓冲区和接收缓冲区的使用、以及位流处理器的作用等。并详细讨论CAN总线协议帧的格式，各个域段的含义以及位数。其次对PROFIBUS总线控制器SPC3的内部

4、硬件的组成以及原理进行研究，由于SPC3比SJAl000复杂，因此还单独对SPC3连接外部CPU构成智能节点做了研究性试验。并着重研究了软件的实现，从而为后面的桥接器设计，尤其是桥接器的软件编程奠定了基础。最后，介绍桥接器的设计过程。因为桥接器连接两个不同的总线，所以从硬件的连接到软件的实现都要做详细的设计。硬件方面首先选用一外部CPU芯片分别连接SJAl000和SPC3，CPU访问北京交通大学硕士学位论文两个芯片就象访问RAM一样。当有数据转发时，通过中断请求通知CPU，CPU接到中断请求时进入相应的中断服务程序，在中断服务程序中实

5、现对总线数据的接收。这在第六章的桥按器设计中作了较详细地描述，在此不再多谈。关键词：PROFIBUS，CAN，SPC3，SJAl000，桥接器。AbstractTherapiddevelopmentinthecomputerscienceandeommunieationtechnelegyhasledtodeeprevolutioninthefieldofautomationandithasgraduallygivenrisetotheopensysteminter-communicationnetworkandthedistribu

6、tedneBvorkintegratedsystem．FieldbusisiustOBeoftheimportantpansoftherevolution．sounderstandingthistechnologyanddoingtheresearchinthisfieldhaveveryimportantpracticalmeaning．Nowadays．therearekindsofFieldbustechnologiesinourindustry,andtheyhavealreadyformedtheirinfluencesan

7、dshowedtheiradvantagesinsomespecificapplications．Forinstance，CANFieldbusandPROFIBUSFieldbusaretwoofthem．Theyhavetheirowncharacteristicsandrevealstrongpotentialpowertoo．Becauseeveryenterprisetriestomaintaintheirbenefits．givinganinternationalstandardInshofttermisuneasy．Th

8、esituationthatsevgralFieldbusesexisttogetherwillcontinueforaquitelongtime．Sotheresearchintilefieldofinterconne