总线和以太网间的网关设计

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1、基于ARMLPC2292的CAN总线和以太网间的网关设计DesigningOfARMLPC2292BasedGatewayBeweenCANNetworkAndEthernet沈跃王家鼎（上海大学机电工程与自动化学院，上海200072）摘要介绍了一种CAN总线与以太网的互连方案，用LPC2292和RTL8019设计了CAN接口部分和以太网接口部分的硬件电路；针对可能引起的延时等问题引入了实时性优良的嵌入式操作系统μC/OS-II，介绍了软件的实现过程，并通过实验验证了本系统的有效性与稳定性。关键词网关CAN总线以太网嵌入式μC/OS-IIAbstractasolut

2、ionoftheinterconnectionbetweenCANBusandEthernetisdeacribed.HardwarecircuitsofCANandEthernetinterfacesaredesignedwithARMLPC2292andRTL8019controllers.Areal-timeembeddedoperatingsystem,μC/OS-II,isusedtosolvepotentialproblemsuchasdelay.Theimplementingprocessofsoftwareisintroduced.thevalidi

3、tyandstabilityofsolutionhavebeenverifiedthroughexperiments.KeywordsGatewayCANBusEthernetEmbeddedμC/OS-II0引言CAN总线是一种设备互连的总线型控制网络，与其它的现场总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。这些特点使得其能同时满足过程控制和制造业自动化的需求，因此被认为是最具有发展前途的现场总线之一。但是，由于其收发器驱动能力的限制，约束了CAN总线的最远直接传输距离和总线上可以挂接的最大节点数，给系统组网带来了一定的困难。而另一方面，由于以

4、太网的低成本、开放性、应用软硬件的支持以及强大的组网能力，目前已经是应用最广泛的局域网络技术，越来越多的工程师们开始采用CAN总线与以太网结合的技术。针对这样一种情况，本文提出一种CAN总线和以太网互连系统的设计方案，实现CAN总线网和以太网的数据互连。1系统结构用网关连接CAN现场总线和以太网的网络架构图如图1所示。图1系统网络结构示意图网关的嵌入不仅使管理深入到控制现场，同时给系统组网带来了很大的方便。1.1网关嵌入的益处①增大了系统的最大ＣＡＮ节点数在不接中继器的条件下，一个CAN子网内最多可以挂接110个节点，而每个网关下可以连接一个子网，通过多个网关可以把

5、多个子网联系在一起，从而增加了系统的节点数。②扩大了系统的组网范围CAN的直接通信距离大概只有10km左右，系统按照现场区域和节点数构建子网，子网与子网通过以太网连接，从而突破了区域和距离的限制。③实现了具有不同传输速度的现场总线子网的相互通信网关提供一个友好的人机接口，用户可以根据需要设置IP地址和CAN控制器的波特率。1.2网关嵌入的问题网关的应用给系统带来方便的同时，也付出了一定的代价，在设计中必须考虑这些问题，以提高系统的整体效率。这些问题表现在：①实时性由于使用网关，对数据的处理必须经历先存储，再转换，最后再发送的过程，增加了一些存储转发延时。因此在设计中

6、必须考虑系统的实时性，要求系统能在存储新接收到的数据后立即启动协议转换和数据转发任务，尽量减小系统延时。②安全性若网关出现故障，会对CAN子网和以太网间的通信产生影响，甚至会瘫痪这个子网与整个系统的通信。因此在硬件设计中，要尽量避免干扰等问题的出现；软件设计必须能对一些可纠正错误及时作出反应，并把错误信息返回给用户。2网关硬件设计网关硬件设计分为CAN接口、以太网网络接口和人机接口等3个部分。2.1主控制器的选择主控制器采用Philips的ARM控制器LPC2292。LPC2292基于一个支持实时仿真和跟踪TM的16/32位ARM7TDMI-SCPU。CPU内核工作

7、电压为1.8V，引脚工作电压为3.3V。LPC2292带有256k字节(kB)嵌入的高速Flash存储器，完全可以满足系统代码的容量要求，无需外扩存储器；独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，可实现TCP/IP协议栈中的ARP、TCP、UDP、ICMP等网络协议。LPC2292内部集成两个CAN控制器，方便系统采用冗余设计。CAN控制器主要特性有：单个总线上的数据传输速率高达1Mb/s；32位寄存器和RAM访问；兼容CAN2.0B,ISO11898-1规范；全局验收滤波器可以识别所有的11位和29位Rx标识符；验收滤波器为选择的标准标识符提供了Fu