【正文】 點(diǎn)。當(dāng)然，現(xiàn)階段的技術(shù)還無法將網(wǎng)絡(luò)直接連接到現(xiàn)場的智能化儀表與設(shè)備上，因?yàn)樵O(shè)備的種類太多，各自遵循的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，而以太網(wǎng)技術(shù)的最初的發(fā)展也不是針對工業(yè)控制來設(shè)計(jì)的，所以在現(xiàn)階段情況下，還是要將以太網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)與適用于工業(yè)控制的控 制局域網(wǎng)總線連接起來實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)到對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控和管理的目的?，F(xiàn)階段的現(xiàn)場儀表設(shè)備之間的通信還是離不開現(xiàn)場總線，還是需要將以太網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換連接進(jìn)來與設(shè)備儀表進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的一體化。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。 現(xiàn)在， CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?？偩€電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。 ID 并不是表示發(fā)送的目的地址，而是表示訪問總線的消息的優(yōu)先級(jí)。與總線相連的單元沒有類似于 “地址 ”的信息。 4）具有錯(cuò)誤檢測、錯(cuò)誤通知和錯(cuò)誤恢復(fù)功能。 CAN 可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等）?？蛇B接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的。 CAN 協(xié)議經(jīng)過 ISO 標(biāo)準(zhǔn)化后有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)： ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)和 ISO115192 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)格式有 11 個(gè)位的標(biāo)識(shí)符 ID，擴(kuò)展格式有 29 個(gè)位的 ID。表示該幀優(yōu)先級(jí)的段。數(shù)據(jù)的內(nèi)容，一幀可發(fā)送 0~8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。表示確認(rèn)正常接收的段。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 幀起始，這個(gè)比較簡單，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀都是由 1 個(gè)位的顯性電平表示幀起始。擴(kuò)展格式的 ID 有 29 個(gè)位。 其中 RTR 位用于標(biāo)識(shí)是否是遠(yuǎn)程幀（ 0，數(shù)據(jù)幀； 1，遠(yuǎn)程幀）， IDE 位為標(biāo)識(shí)符選擇位（ 0，使用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符； 1，使用擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符）， SRR 位為代替遠(yuǎn)程請求位，為隱性位，它代替了標(biāo)準(zhǔn)幀中的 RTR 位。 數(shù)據(jù)段，該段可包含 0~8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 ACK 段，此段用來確認(rèn)是否正常接收。所謂正常消息是指不含填充錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤、 CRC 錯(cuò)誤的消息 [6]。當(dāng)然，現(xiàn)階段的技術(shù)還無法將網(wǎng)絡(luò)直接連接到現(xiàn)場的智能化儀表與設(shè)備上，因?yàn)樵O(shè)備的種類太多，各自遵循的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，而以太網(wǎng)技術(shù)的最初的發(fā)展也不是針對工業(yè)控制來設(shè)計(jì)的，所以在現(xiàn)階段情況下，還是要將以太網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)與適用于工業(yè)控制的控制局域網(wǎng)總線連接起來實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)到對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控和管理的目的?，F(xiàn)階段的現(xiàn)場儀表設(shè)備之間的通信還是離不開現(xiàn)場總線，還是需要將以太網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換連接進(jìn)來與設(shè)備儀表進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的一體化 [7]。 硬件總體方案設(shè)計(jì) 硬件平臺(tái)的選型和設(shè) 計(jì)是很重要的，因?yàn)檐浖_發(fā)也是基于硬件的，沒有好的硬件軟件設(shè)計(jì)也會(huì)受限制，因此如何選擇合適的硬件平臺(tái)，使其性價(jià)比高而又能滿足系統(tǒng)控制的要求是很關(guān)鍵的。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 C P UA T 9 1 S A M 9 G 4 5電源供電網(wǎng)口控制器 C A N 控制器C A N 接口R J 4 5M A X 2 3 2D B 9串口 圖 硬件總體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的 硬件組成 如圖 所示 ， 方框中 中央處 理器 （ Central Processing Unit，CPU） 為本系統(tǒng)核心部分，集成有 AT91SAM9G45 處理器、 SDRAM 存儲(chǔ)器、 Flash存儲(chǔ)器 [8]。當(dāng)處理器以 400MHz處理多組超過 100Mbps 的高速外設(shè)時(shí)， AT91SAM9G45 能夠以足夠的帶寬去處理包括網(wǎng)絡(luò)和本地多媒體的數(shù)據(jù)，以提供滿意的用戶體驗(yàn)。而且它是以 球間距進(jìn)行封裝，能夠給 PCB 廠商降低相應(yīng)的 成本。 MCP2515 自帶的兩個(gè)驗(yàn)收屏蔽寄存器和六個(gè)驗(yàn)收濾波寄存器可以過濾掉不想要的報(bào)文，因此減少了主單片機(jī)（ MCU）的開銷。該器件主要由三個(gè)部分組成： 圖 MCP2515 結(jié)構(gòu)框圖 1） CAN 模塊，包括 CAN 協(xié)議引擎、驗(yàn)收濾波寄存器、驗(yàn)收屏蔽寄存器、發(fā)送和接收緩沖器。通過讀取相應(yīng)的寄存器可以檢查通訊狀態(tài)和錯(cuò)誤。所提供的中斷引腳提高了系統(tǒng)的靈活性。器件還有三個(gè)引腳，用來啟動(dòng)將裝載在三個(gè)發(fā)送緩沖器之一中的報(bào)文立即發(fā)送出去。使用標(biāo)準(zhǔn)的 SPI 讀 /寫指令以及專門的 SPI 命令來讀 /寫所有的寄存器 [9]。 DM9161CEP 物理協(xié)議層接口完全支持使用 10MBps 下 3 類、 4 類、 5 類非屏蔽雙絞線和 100MBps 下 5類非屏蔽雙絞線。用戶可以容易的移植任何系統(tǒng)下的端口驅(qū)動(dòng)程序。 以太網(wǎng)控制器 硬件 電路及 RJ45 連接器電路分別如圖 和 圖 所示。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 圖 以太網(wǎng)控制器（ DM9161BIEP）硬件電路 圖 RJ45 連接器電路 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 第 4章 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì) 嵌入式 系統(tǒng) 特點(diǎn)及 開發(fā) 流程 嵌入式系統(tǒng)與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比較具有以下特點(diǎn)： ，嵌入式系統(tǒng)一般是面向特定應(yīng)用的，不像通用型的計(jì)算機(jī)，嵌入式系統(tǒng)設(shè)備一般是功耗不高、占用空間小、集成度高，能夠把針對特定應(yīng)用的一些功能集成到嵌入式芯片中，更有利于完成特定應(yīng)用所要求的功能，并且由于嵌入式系統(tǒng)的占用空間小的特點(diǎn)，其移動(dòng)能力增強(qiáng)了不少，這樣的特點(diǎn)或者說優(yōu)點(diǎn)也是嵌入式系統(tǒng)能夠如此流行的一個(gè)根據(jù)。在嵌入式設(shè)備中，由于資源有限，尤其是內(nèi)存不像通用的計(jì)算機(jī)那么豐富，因此針對特定的應(yīng)用就要講軟件資源中不必要的部分裁剪掉以節(jié)省系統(tǒng)資源，提高設(shè)備利用率，提高硬件性能，正是嵌入式系統(tǒng)的這種特點(diǎn)使得它更加具有競爭力。因此在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)首先要做的就是建立交叉開發(fā)環(huán)境。對于目標(biāo)板，因?yàn)檫x用的是采用嵌入式 Linux 作為操作系統(tǒng)來運(yùn)行應(yīng)用程序，要將嵌入式 Linux 的內(nèi)核編譯并移植到目標(biāo)板，建立起嵌入式Linux 開發(fā)環(huán)境。 初始化流程如圖 所示，先打開 CAN 總線的設(shè)備文件，設(shè)置其工作的速率，然后設(shè)置過濾器及工作方式。 以太網(wǎng)模塊軟件設(shè)計(jì) Linux 網(wǎng)絡(luò)編程一般可分為 UDP 和 TCP 兩類。 服務(wù)器：監(jiān)聽客戶端發(fā)起的連接，發(fā)現(xiàn)有連接建立則發(fā)送字符串信息給客戶端； 客戶端：對服務(wù)器發(fā)起連接，接收服務(wù)器發(fā)送的信息，并打印收到的信息。 其中 sockfd 為 socked 描述符， char *buffer 為發(fā)送接收緩沖區(qū)， read()中的 nbytes為最大的接收字節(jié)數(shù)， write()中的 nbytes 為要發(fā)送的字節(jié)數(shù)。處理器處理時(shí)將多個(gè) CAN 總線數(shù)據(jù)打包成一個(gè)以太網(wǎng)幀然后通過套接字發(fā)送到以太網(wǎng)上 。而實(shí)際上硬件的資源一定是有限的。 //互斥 LOCK pthread_cond_t notempty。 //讀寫指針 }。是讀寫指針，每寫入緩沖區(qū)一條數(shù)據(jù) writepos 自加一，每讀出一條數(shù)據(jù) readpos 自加 一。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源（如程序計(jì)數(shù)器，一組寄存器和棧），但是它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他的線程共享進(jìn)程所擁有的全 部資源。 while(1) { printf(\r\n)。 } Top_CANRec()為上行數(shù)據(jù)的 CAN 總線接收線程，不停地檢測 CAN 總線上是否有要接收的數(shù)據(jù)，如果有則將數(shù)據(jù)存入循環(huán)緩沖區(qū)，再進(jìn)行下一次的檢測。SendUpBuf)。 } Top_TCPSend()為上行數(shù)據(jù)的 TCP 發(fā)送線程，不停地檢測上行數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是否有數(shù)據(jù)要向上發(fā)送，如果有則通過 TCP/IP 發(fā)送到服務(wù)器上。 if(TCP_RecCnt) { TCP_Put(amp。 4. Top_CANSend()。 int t = DownMessageBuf[126]8 | DownMessageBuf[127]。 網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的智能儀表和設(shè)備多種多樣，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中可能現(xiàn)場有同一類型和不同類型的很多個(gè)設(shè)備，而在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，從這些設(shè)備上采集的數(shù)據(jù)都是通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)模?CAN 總線是一種多主總線，每個(gè) CAN節(jié)點(diǎn)都可以作為主機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，對于一個(gè)完整的從底層現(xiàn)場設(shè)備到上層的監(jiān)控室的工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)來說，在控制室內(nèi)監(jiān)控到的生產(chǎn)現(xiàn)場信息要能夠明確的表明是哪個(gè)節(jié)點(diǎn)的哪個(gè)設(shè)備產(chǎn)生的這些信息，進(jìn)而對相應(yīng)的設(shè)備發(fā)送控制命令。 協(xié)議轉(zhuǎn)換的流程 如 圖 所示 。測試結(jié)果如圖 所示 。發(fā)送的信息格式如下： $T28,H34。在嘗試了不同的數(shù)據(jù)通信速率后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以太網(wǎng)向 CAN 總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)率比較低時(shí)能夠通信正常，沒有錯(cuò)誤。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 26 圖 網(wǎng)關(guān)輸出的調(diào)試信息 圖 上位機(jī)測試軟件界面 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 27 圖 系統(tǒng)聯(lián)測圖 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 28 第 6章 結(jié)論及展望 工業(yè)現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)互聯(lián)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，現(xiàn)場總線采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)控和管理生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的目的。 本文設(shè)計(jì)的基于嵌入式的網(wǎng)關(guān)基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場總線和以太網(wǎng) 的數(shù)據(jù)傳輸，但是只是實(shí)現(xiàn)了基本的功能，在今后的工作中還應(yīng)該在以下幾個(gè)方面努力： 1）對嵌入式操作系統(tǒng) Linux 的駕馭能力，能做到根據(jù)需要對 Linux 的內(nèi)核進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?，使之既能滿足要求又不浪費(fèi)資源。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 29 參考文獻(xiàn) [1] 王黎明 ,夏立 ,邵英等 .CAN 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx. 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