【正文】 在此謹(jǐn)向畢老師表示最衷心的感謝。 2）本文只是實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換的基本的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸功能，在此基礎(chǔ)上還可以添加其他功能，比如異常處理，實(shí)時(shí)顯示，報(bào)警等功能。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)的速度超過(guò) CAN 通信速率的時(shí)候 ，便會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)阻塞和數(shù)據(jù)丟失的情況，因?yàn)?CAN 總線的通信速率有限來(lái)不及將到達(dá)的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，新的數(shù)據(jù)又到達(dá)了。 圖 網(wǎng)口測(cè)試結(jié)果 網(wǎng)關(guān)工作狀態(tài)測(cè)試 以 STM32 開發(fā) 板為硬件載體，編寫了一個(gè)采集溫度，并通過(guò) CAN 總線傳輸至網(wǎng)關(guān)的測(cè)試程序。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的多設(shè)備控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)具體的現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備要能夠在發(fā)送的數(shù)據(jù)中提取信息并識(shí)別是哪一個(gè)設(shè)備，因?yàn)椴捎玫氖?CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線，就要在 CAN 數(shù)據(jù)幀中的 8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)中開辟出一定的空間填充上必要的標(biāo)識(shí)信息，剩余的部分作為相應(yīng)設(shè)備數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，通過(guò)這種途徑，在監(jiān)控室內(nèi)基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22 收到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)后根據(jù)對(duì)應(yīng)的規(guī)則識(shí)別出是哪個(gè)設(shè)備產(chǎn)生的這些信息，然后就可以對(duì)這個(gè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理。 while(1) { printf(\r\n)。這里為了提高網(wǎng)絡(luò)的通信效率，設(shè)置了一個(gè) 5s 的睡眠，即 5s 檢測(cè)一次，有的話將數(shù)據(jù)打包發(fā)送。 2. Top_TCPSend()。當(dāng)多個(gè)任務(wù)可以并行執(zhí)行時(shí)，可以為每個(gè)任務(wù)啟動(dòng)一個(gè)線程 [13]。 以上行數(shù)據(jù)控制結(jié)構(gòu)體為例： char SendUpBuffer[SEND_UP_BUFFER_CNT][SEND_UP_BUFFER_SIZE]。所以最好的解決辦法是緩沖區(qū)的重復(fù)利用。 網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序 設(shè)計(jì) 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 通過(guò)上述的分析和介紹，現(xiàn)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信已經(jīng)有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，針對(duì)CANEther 網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)發(fā)送和接收過(guò)程都比較簡(jiǎn)單。 UDP 是無(wú)連接的傳輸協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡(jiǎn)單不可靠信息傳輸服務(wù)； TCP 是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。兩邊的開發(fā)環(huán)境都搭建完成后，便可以進(jìn)行網(wǎng)關(guān)相關(guān)程序的開發(fā)了 [11]。 ，系統(tǒng)軟件一般都是固化在存儲(chǔ) FLASH中，這樣做能夠提高系統(tǒng)可靠性和運(yùn)行速度。 以太網(wǎng)發(fā)送和接收分別有指示燈指示其工作狀態(tài)。這是完全符合 IEEE 規(guī)格。是否使用這些引腳由用戶決定；若不使用，也可利用控制寄存器（通過(guò) SPI 接口訪問(wèn)）來(lái)啟動(dòng)報(bào)文發(fā)送。會(huì)對(duì) CAN 總線上檢測(cè)到的任何報(bào)文進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，然后與用戶定義的濾波器進(jìn)行匹配，以確定是否將報(bào)文移到兩個(gè)接收緩沖器中的一個(gè)。MCP2515 與 MCU 的 連 接 是 通 過(guò) 業(yè) 界 標(biāo) 準(zhǔn) 串 行 外 設(shè) 接 口 （ Serial Peripheral Interface， SPI）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 AT91SAM9G45 支持最新 的用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的 DDR2 和 NAND Flash 儲(chǔ)存器接口。網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換的必不可少的部分是以太網(wǎng)控制器芯片、 CAN 控制器芯片和 CAN 收發(fā)器的選擇和接口設(shè)計(jì)。 以太網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用很廣泛，技術(shù)方面也很 成熟，然而在工業(yè)控制中，現(xiàn)場(chǎng)總線的種類和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)卻有很多，并且各種總線之間一般情況下無(wú)法相互兼容，每一個(gè)開發(fā)廠商都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，這種情況導(dǎo)致了如果一個(gè)客戶選擇了某一種總線用在工業(yè)控制系統(tǒng)中就很難改變，很難再用另一種現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)代替，對(duì)設(shè)備及控制系統(tǒng)的升級(jí)不利，有可能會(huì)影響到生產(chǎn)效益。由 ACK 槽（ ACK Slot）和 ACK 界定符 2 個(gè)位組成。 控制段，由 6 個(gè)位構(gòu)成，表示數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。 仲裁段，表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)的段，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀格式在本段有所區(qū)別，如圖 所示： 圖 數(shù)據(jù)幀仲裁段構(gòu)成 標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 有 11 個(gè)位。 （ 5） CRC 段。各種幀的用途如 下 表所示： 表 CAN 總線幀類型及用途 幀類型 幀用途 數(shù)據(jù)幀 用于發(fā)送單元向 接收單元傳送數(shù)據(jù)的幀 遙控幀 用于接收單元向具有相同 ID 的發(fā)送單元請(qǐng)求數(shù)據(jù)的幀 錯(cuò)誤幀 用于當(dāng)檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)向其它單元通知錯(cuò)誤的幀 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 過(guò)載幀 用于接收單元通知其尚未做好接收準(zhǔn)備的幀 間隔幀 用于將數(shù)據(jù)幀及遙控幀與前面的幀分離開來(lái)的幀 由于篇幅所限，我們這里僅對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行詳細(xì)介紹，數(shù)據(jù)幀一般由 7 個(gè)段構(gòu)成，即： （ 1）幀起始。但實(shí)際上可連接的單元數(shù)受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。所有單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤（錯(cuò)誤檢測(cè)功能），檢測(cè)出錯(cuò)誤的單元會(huì)立即同時(shí)通知其他所有單元（錯(cuò)誤通知功能），基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送。兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，對(duì)各消息 ID 的每個(gè)位進(jìn)行逐個(gè)仲裁比較?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。 本文的主要 工作 本文的主要任務(wù)是以嵌入式 Linux 為軟件平臺(tái)，以 ATMEL 公司的AT91SAM9G45 芯片為微 處理器，以深圳市天漠科技有限公司的 SBC6845ARM 開發(fā)板為硬件平臺(tái)，在對(duì) CAN 總線、以太網(wǎng)工作原理深入分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) 嵌入式CANEther 網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn) CAN 總線和以太網(wǎng)的互聯(lián) 通信。 本文正是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)的當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng) 上 CAN 和以太網(wǎng)基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 互聯(lián)的產(chǎn)品還不是很成熟的狀況提出來(lái)的?，F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。以太網(wǎng)作為構(gòu)筑互連網(wǎng)的一種最普及的局域網(wǎng)技術(shù)，具有較好的穩(wěn)定性和傳輸數(shù)據(jù)的高效性等特點(diǎn)，還能夠支持互連網(wǎng)絡(luò) 的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。從而允許在控制室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中的設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)、 監(jiān)控與管理。 CAN 總線和以太網(wǎng) 技術(shù) 的 研究 現(xiàn)狀 CAN 總線的研究現(xiàn)狀 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)包含范圍比較廣泛，并不只是指單一的通信總線，而是指一個(gè)整個(gè)的系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含智能化生產(chǎn)設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用到這些設(shè)備中，使原本簡(jiǎn)單的普通設(shè)備升級(jí)成數(shù)字通信智能設(shè)備。因此，針對(duì)這種情況，有必要提出一種新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就是基于以太網(wǎng)技術(shù)，并且將這種技術(shù)擴(kuò)展到工 業(yè)中使之在將來(lái)能夠發(fā)展成為適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境的統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng) “減少線束的數(shù)量 ”、 “通過(guò)多個(gè) LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信 ”的需要， 1986 年德國(guó)電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的 CAN 通信協(xié)議。 CAN 協(xié)議具有以下特點(diǎn)： 1）多主控制。 3）通信速度較快，通信距離遠(yuǎn)。 6）連接節(jié)點(diǎn)多。 本章，我們針對(duì) ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)，闡述該標(biāo)準(zhǔn)的物理層特征。表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。表示數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段?；?ID 和標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 相同。由 15 個(gè)位的 CRC 順序和 1 個(gè)位的 CRC界 定符（用分隔的位）組成，標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀在這個(gè)段的格式也是相同的 ， 如圖 所示： 圖 數(shù) 據(jù)幀 CRC 段構(gòu)成 此段 CRC 的值計(jì)算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段。 以太網(wǎng)簡(jiǎn)介 以太網(wǎng)作為一種應(yīng)用廣泛的局域網(wǎng)已經(jīng)成為了我們生活中必不可少的一部分，它以其自身的高可靠性、方便易用等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣大用戶的青睞。 圖 網(wǎng)關(guān) 工作示意 圖 現(xiàn)場(chǎng)總線的信息可以通過(guò) CAN 協(xié)議傳送出去，經(jīng)過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能將 CAN 協(xié)議形式轉(zhuǎn)換成 TCP 協(xié)議形式，然后傳送到 Ethemet 上，連接到 Ether 上的遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)可以通過(guò)一定的權(quán)限，在一定的平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。 網(wǎng)關(guān)的硬件實(shí)物 如圖 所示 ，采用的是 SBC6845 開發(fā)板。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 CAN 總線電路 Microchip 的 MCP2515 是一款獨(dú)立控制器局域網(wǎng)（ Controller Area Network，CAN）協(xié)議控制器，完全支持 CAN 技術(shù)規(guī)范。報(bào)文發(fā)送時(shí)，首先將報(bào)文裝載到正確的報(bào)文緩沖器和控制寄存器中?？蛇x擇使用專用中斷引腳。 DM9161CEP 還提供了介質(zhì)無(wú)關(guān)的接口，來(lái)連接所有提供支持介質(zhì)無(wú)關(guān)接口功能的家用電話線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或其他收發(fā)器。 應(yīng)用領(lǐng)域 ： DM9161 應(yīng)用廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域。嵌入式技術(shù)是多個(gè)學(xué)科的交叉和融合，集成了多個(gè)學(xué)科的優(yōu)點(diǎn)，諸如通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)等學(xué) 科的發(fā)展對(duì)于嵌入式技術(shù)的發(fā)展都起到了至關(guān)重要的作用。嵌入式開發(fā)首先要做的就是搭建嵌入式開發(fā)的環(huán)境，即交叉編譯環(huán)境，因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行是在目標(biāo)板上，而程序的開發(fā)則要在上位機(jī)上，上位機(jī)上開發(fā)出的程序要能夠在目標(biāo)板上運(yùn)行就要使用交叉編譯。 發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) 如圖 所示 ， 先設(shè)置要發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，然后將數(shù)據(jù)內(nèi)容復(fù)制到發(fā)送緩沖區(qū)，最后調(diào)用系統(tǒng) write()函數(shù)發(fā)送到 CAN 總線上。調(diào)用入下函數(shù)： int read(int sockfd, char *buffer, int nbytes)。 雙循環(huán)緩沖機(jī)制 由于網(wǎng)關(guān)既要處理 CAN 總線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的上行數(shù)據(jù)，又要處理從網(wǎng)絡(luò)上下發(fā)的控制數(shù)據(jù)，所以為了提高網(wǎng)關(guān)的工作效率，本文設(shè)置了雙緩沖區(qū)，上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)分別擁有自己的緩沖區(qū)。 //緩沖區(qū)未滿條件判斷 char SendUpBuffer[SEND_UP_BUFFER_CNT][SEND_UP_BUFFER_SIZE]。如果 readpos 等于 writepos，則緩沖區(qū)為空；如果 readpos 加 1 等于 writepos，則緩沖區(qū)滿。 CAN_Put(amp。 TCP_Write(UpMessageBuf, t)。 printf(\r\n)。 delay()。 測(cè)試儀器及工具： 硬件： ● AT91SAM9G45 開發(fā)板 一塊 ● STM32F103 開發(fā)板（帶 CAN 總線接口） 一塊 ● 網(wǎng)線 一條 ● USB 轉(zhuǎn)串口線 一根 ● 12V 電源 一個(gè) 軟件： ● SecureCRT 軟件 ● 網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手 網(wǎng)口連接測(cè)試 由于測(cè)試電腦本地連接 IP 地址為： ，因此將網(wǎng)關(guān) IP 地址設(shè)置為同一網(wǎng)段的 。 下位機(jī)的硬件實(shí)物如圖 所示 。但是在做課題過(guò)程中也有一些不足，沒(méi)有考慮優(yōu)先級(jí)，所有的數(shù)據(jù)同等級(jí)，不能適應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較嚴(yán)格的場(chǎng)合。畢老師有著豐富的實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，提出了很多實(shí)際問(wèn)題。 最后，向?qū)忛喺撐牡膶＜液?老師們致以我最真誠(chéng)的敬意。 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 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