【正文】 在此謹向畢老師表示最衷心的感謝。 2）本文只是實現(xiàn)了網(wǎng)關轉換的基本的數(shù)據(jù)轉換傳輸功能，在此基礎上還可以添加其他功能，比如異常處理，實時顯示，報警等功能。當發(fā)送數(shù)據(jù)的速度超過 CAN 通信速率的時候 ，便會出現(xiàn)數(shù)據(jù)阻塞和數(shù)據(jù)丟失的情況，因為 CAN 總線的通信速率有限來不及將到達的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，新的數(shù)據(jù)又到達了。 圖 網(wǎng)口測試結果 網(wǎng)關工作狀態(tài)測試 以 STM32 開發(fā) 板為硬件載體，編寫了一個采集溫度，并通過 CAN 總線傳輸至網(wǎng)關的測試程序。對于一個復雜的多設備控制系統(tǒng)來說，對具體的現(xiàn)場 設備要能夠在發(fā)送的數(shù)據(jù)中提取信息并識別是哪一個設備，因為采用的是 CAN 現(xiàn)場總線，就要在 CAN 數(shù)據(jù)幀中的 8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)中開辟出一定的空間填充上必要的標識信息，剩余的部分作為相應設備數(shù)據(jù)的存儲空間，通過這種途徑，在監(jiān)控室內(nèi)基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關 設計與實現(xiàn) 22 收到現(xiàn)場發(fā)送來的數(shù)據(jù)后根據(jù)對應的規(guī)則識別出是哪個設備產(chǎn)生的這些信息，然后就可以對這個設備進行監(jiān)控和管理。 while(1) { printf(\r\n)。這里為了提高網(wǎng)絡的通信效率，設置了一個 5s 的睡眠，即 5s 檢測一次，有的話將數(shù)據(jù)打包發(fā)送。 2. Top_TCPSend()。當多個任務可以并行執(zhí)行時，可以為每個任務啟動一個線程 [13]。 以上行數(shù)據(jù)控制結構體為例： char SendUpBuffer[SEND_UP_BUFFER_CNT][SEND_UP_BUFFER_SIZE]。所以最好的解決辦法是緩沖區(qū)的重復利用。 網(wǎng)關應用程序 設計 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關 設計與實現(xiàn) 19 通過上述的分析和介紹，現(xiàn)在對網(wǎng)絡通信已經(jīng)有了比較清晰的認識，針對CANEther 網(wǎng)關的應用程序設計發(fā)送和接收過程都比較簡單。 UDP 是無連接的傳輸協(xié)議，提供面向事務的簡單不可靠信息傳輸服務； 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，便可以進行網(wǎng)關相關程序的開發(fā)了 [11]。 ，系統(tǒng)軟件一般都是固化在存儲 FLASH中，這樣做能夠提高系統(tǒng)可靠性和運行速度。 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 SPI 接口訪問）來啟動報文發(fā)送。會對 CAN 總線上檢測到的任何報文進行錯誤檢查，然后與用戶定義的濾波器進行匹配，以確定是否將報文移到兩個接收緩沖器中的一個。MCP2515 與 MCU 的 連 接 是 通 過 業(yè) 界 標 準 串 行 外 設 接 口 （ Serial Peripheral Interface， SPI）來實現(xiàn)的。 AT91SAM9G45 支持最新 的用來存儲程序和數(shù)據(jù)的 DDR2 和 NAND Flash 儲存器接口。網(wǎng)關轉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)器的選擇和接口設計。 以太網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)應用很廣泛，技術方面也很 成熟，然而在工業(yè)控制中，現(xiàn)場總線的種類和技術標準卻有很多，并且各種總線之間一般情況下無法相互兼容，每一個開發(fā)廠商都有自己的標準，這種情況導致了如果一個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)場總線來代替，對設備及控制系統(tǒng)的升級不利，有可能會影響到生產(chǎn)效益。由 ACK 槽（ ACK Slot）和 ACK 界定符 2 個位組成。 控制段，由 6 個位構成，表示數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。 仲裁段，表示數(shù)據(jù)優(yōu)先級的段，標準幀和擴展幀格式在本段有所區(qū)別，如圖 所示： 圖 數(shù)據(jù)幀仲裁段構成 標準格式的 ID 有 11 個位。 （ 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)送單元請求數(shù)據(jù)的幀 錯誤幀 用于當檢測出錯誤時向其它單元通知錯誤的幀 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關 設計與實現(xiàn) 5 過載幀 用于接收單元通知其尚未做好接收準備的幀 間隔幀 用于將數(shù)據(jù)幀及遙控幀與前面的幀分離開來的幀 由于篇幅所限，我們這里僅對數(shù)據(jù)幀進行詳細介紹，數(shù)據(jù)幀一般由 7 個段構成，即： （ 1）幀起始。但實際上可連接的單元數(shù)受總線上的時間延遲及電氣負載的限制。所有單元都可以檢測錯誤（錯誤檢測功能），檢測出錯誤的單元會立即同時通知其他所有單元（錯誤通知功能），基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關 設計與實現(xiàn) 4 正在發(fā)送消息的單元一旦檢測出錯誤，會強制結束當前的發(fā)送。兩個以上的單元同時開始發(fā)送消息時，對各消息 ID 的每個位進行逐個仲裁比較?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。 本文的主要 工作 本文的主要任務是以嵌入式 Linux 為軟件平臺，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，在對 CAN 總線、以太網(wǎng)工作原理深入分析的基礎上設計 嵌入式CANEther 網(wǎng)關轉換器，實現(xiàn) CAN 總線和以太網(wǎng)的互聯(lián) 通信。 本文正是針對現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的當前發(fā)展趨勢，市場 上 CAN 和以太網(wǎng)基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關 設計與實現(xiàn) 2 互聯(lián)的產(chǎn)品還不是很成熟的狀況提出來的?，F(xiàn)場總線是當今自動化技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。以太網(wǎng)作為構筑互連網(wǎng)的一種最普及的局域網(wǎng)技術，具有較好的穩(wěn)定性和傳輸數(shù)據(jù)的高效性等特點，還能夠支持互連網(wǎng)絡 的遠程訪問。從而允許在控制室內(nèi)對現(xiàn)場中的設備進行訪問、 監(jiān)控與管理。 CAN 總線和以太網(wǎng) 技術 的 研究 現(xiàn)狀 CAN 總線的研究現(xiàn)狀 現(xiàn)場總線技術包含范圍比較廣泛，并不只是指單一的通信總線，而是指一個整個的系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含智能化生產(chǎn)設備，將現(xiàn)場總線應用到這些設備中，使原本簡單的普通設備升級成數(shù)字通信智能設備。因此，針對這種情況，有必要提出一種新的技術標準，就是基于以太網(wǎng)技術，并且將這種技術擴展到工 業(yè)中使之在將來能夠發(fā)展成為適用于工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的統(tǒng)一的技術標準。為適應 “減少線束的數(shù)量 ”、 “通過多個 LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信 ”的需要， 1986 年德國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： 1）多主控制。 3）通信速度較快，通信距離遠。 6）連接節(jié)點多。 本章，我們針對 ISO11898 標準，闡述該標準的物理層特征。表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。表示數(shù)據(jù)幀結束的段?；?ID 和標準格式的 ID 相同。由 15 個位的 CRC 順序和 1 個位的 CRC界 定符（用分隔的位）組成，標準幀和擴展幀在這個段的格式也是相同的 ， 如圖 所示： 圖 數(shù) 據(jù)幀 CRC 段構成 此段 CRC 的值計算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段。 以太網(wǎng)簡介 以太網(wǎng)作為一種應用廣泛的局域網(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)點獲得了廣大用戶的青睞。 圖 網(wǎng)關 工作示意 圖 現(xiàn)場總線的信息可以通過 CAN 協(xié)議傳送出去，經(jīng)過協(xié)議轉換功能將 CAN 協(xié)議形式轉換成 TCP 協(xié)議形式，然后傳送到 Ethemet 上，連接到 Ether 上的遠方計算機可以通過一定的權限，在一定的平臺上進行數(shù)據(jù)的接收。 網(wǎng)關的硬件實物 如圖 所示 ，采用的是 SBC6845 開發(fā)板。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關 設計與實現(xiàn) 12 CAN 總線電路 Microchip 的 MCP2515 是一款獨立控制器局域網(wǎng)（ Controller Area Network，CAN）協(xié)議控制器，完全支持 CAN 技術規(guī)范。報文發(fā)送時，首先將報文裝載到正確的報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)無關的接口，來連接所有提供支持介質(zhì)無關接口功能的家用電話線網(wǎng)絡設備或其他收發(fā)器。 應用領域 ： DM9161 應用廣泛，涵蓋了多個領域。嵌入式技術是多個學科的交叉和融合，集成了多個學科的優(yōu)點，諸如通信技術、計算機技術、微電子技術等學 科的發(fā)展對于嵌入式技術的發(fā)展都起到了至關重要的作用。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，因為實際系統(tǒng)的運行是在目標板上，而程序的開發(fā)則要在上位機上，上位機上開發(fā)出的程序要能夠在目標板上運行就要使用交叉編譯。 發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) 如圖 所示 ， 先設置要發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)，然后將數(shù)據(jù)內(nèi)容復制到發(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)緩沖機制 由于網(wǎng)關既要處理 CAN 總線發(fā)送到網(wǎng)絡上的上行數(shù)據(jù)，又要處理從網(wǎng)絡上下發(fā)的控制數(shù)據(jù)，所以為了提高網(wǎng)關的工作效率，本文設置了雙緩沖區(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 轉串口線 一根 ● 12V 電源 一個 軟件： ● SecureCRT 軟件 ● 網(wǎng)絡調(diào)試助手 網(wǎng)口連接測試 由于測試電腦本地連接 IP 地址為： ，因此將網(wǎng)關 IP 地址設置為同一網(wǎng)段的 。 下位機的硬件實物如圖 所示 。但是在做課題過程中也有一些不足，沒有考慮優(yōu)先級，所有的數(shù)據(jù)同等級，不能適應對實時性要求較嚴格的場合。畢老師有著豐富的實際項目經(jīng)驗，在我做畢業(yè)設計期間，提出了很多實際問題。 最后，向審閱論文的專家和 老師們致以我最真誠的敬意。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關 設計與實現(xiàn) 29 參考文獻 [1] 王黎明 ,夏立 ,邵英等 .CAN 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設計與應用 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx. 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