【正文】 點。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，因為設(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)總線連接起來實現(xiàn)以太網(wǎng)與工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)到對生產(chǎn)現(xiàn)場進行監(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)換連接進來與設(shè)備儀表進行通信，實現(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。與總線相連的單元沒有類似于 “地址 ”的信息。 4）具有錯誤檢測、錯誤通知和錯誤恢復(fù)功能。 CAN 可以判斷出錯誤的類型是總線上暫時的數(shù)據(jù)錯誤（如外部噪聲等）還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動器故障、斷線等）。可連接的單元總數(shù)理論上是沒有限制的。 CAN 協(xié)議經(jīng)過 ISO 標(biāo)準(zhǔn)化后有兩個標(biāo)準(zhǔn)： ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)和 ISO115192 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)格式有 11 個位的標(biāo)識符 ID，擴展格式有 29 個位的 ID。表示該幀優(yōu)先級的段。數(shù)據(jù)的內(nèi)容，一幀可發(fā)送 0~8 個字節(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)計與實現(xiàn) 6 幀起始，這個比較簡單，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴展幀都是由 1 個位的顯性電平表示幀起始。擴展格式的 ID 有 29 個位。 其中 RTR 位用于標(biāo)識是否是遠(yuǎn)程幀（ 0，數(shù)據(jù)幀； 1，遠(yuǎn)程幀）， IDE 位為標(biāo)識符選擇位（ 0，使用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符； 1，使用擴展標(biāo)識符）， 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誤、格式錯誤、 CRC 錯誤的消息 [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，因為設(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)總線連接起來實現(xiàn)以太網(wǎng)與工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)到對生產(chǎn)現(xiàn)場進行監(jiān)控和管理的目的。現(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)換連接進來與設(shè)備儀表進行通信，實現(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 硬件平臺的選型和設(shè) 計是很重要的，因為軟件開發(fā)也是基于硬件的，沒有好的硬件軟件設(shè)計也會受限制，因此如何選擇合適的硬件平臺，使其性價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)計與實現(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 存儲器、 Flash存儲器 [8]。當(dāng)處理器以 400MHz處理多組超過 100Mbps 的高速外設(shè)時， 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。而且它是以 球間距進行封裝，能夠給 PCB 廠商降低相應(yīng)的 成本。 MCP2515 自帶的兩個驗收屏蔽寄存器和六個驗收濾波寄存器可以過濾掉不想要的報文，因此減少了主單片機（ MCU）的開銷。該器件主要由三個部分組成： 圖 MCP2515 結(jié)構(gòu)框圖 1） CAN 模塊，包括 CAN 協(xié)議引擎、驗收濾波寄存器、驗收屏蔽寄存器、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。器件還有三個引腳，用來啟動將裝載在三個發(fā)送緩沖器之一中的報文立即發(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)計與實現(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)計與實現(xiàn) 16 第 4章 系統(tǒng)軟件 設(shè)計 嵌入式 系統(tǒng) 特點及 開發(fā) 流程 嵌入式系統(tǒng)與一般的計算機系統(tǒng)相比較具有以下特點： ，嵌入式系統(tǒng)一般是面向特定應(yīng)用的，不像通用型的計算機，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，其移動能力增強了不少，這樣的特點或者說優(yōu)點也是嵌入式系統(tǒng)能夠如此流行的一個根據(jù)。在嵌入式設(shè)備中，由于資源有限，尤其是內(nèi)存不像通用的計算機那么豐富，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)的這種特點使得它更加具有競爭力。因此在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時首先要做的就是建立交叉開發(fā)環(huán)境。對于目標(biāo)板，因為選用的是采用嵌入式 Linux 作為操作系統(tǒng)來運行應(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 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)。處理器處理時將多個 CAN 總線數(shù)據(jù)打包成一個以太網(wǎng)幀然后通過套接字發(fā)送到以太網(wǎng)上 。而實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，只擁有一點在運行中必不可少的資源（如程序計數(shù)器，一組寄存器和棧），但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全 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 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的智能儀表和設(shè)備多種多樣，在實際的工業(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 CAN節(jié)點都可以作為主機發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，對于一個完整的從底層現(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節(jié)點的哪個設(shè)備產(chǎn)生的這些信息，進而對相應(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，數(shù)據(jù)率比較低時能夠通信正常，沒有錯誤。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計與實現(xiàn) 26 圖 網(wǎng)關(guān)輸出的調(diào)試信息 圖 上位機測試軟件界面 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計與實現(xiàn) 27 圖 系統(tǒng)聯(lián)測圖 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計與實現(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)程進行監(jiān)控，進而達(dá)到監(jiān)控和管理生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的目的。 本文設(shè)計的基于嵌入式的網(wǎng)關(guān)基本實現(xiàn)了現(xiàn)場總線和以太網(wǎng) 的數(shù)據(jù)傳輸，但是只是實現(xiàn)了基本的功能，在今后的工作中還應(yīng)該在以下幾個方面努力： 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)核進行適當(dāng)?shù)牟眉?，使之既能滿足要求又不浪費資源。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計與實現(xiàn) 29 參考文獻 [1] 王黎明 ,夏立 ,邵英等 .CAN 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx. 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