【正文】 和期望，他們的支持、關(guān)心和鼓勵是我不斷前進(jìn)的動力，是他們使我能全身心的投入到學(xué)習(xí)中。測試軟件的界面 如 圖 所示 。這樣就可以利用多線程程序設(shè)計的處理速度快，占用資源少，并發(fā)處理的優(yōu)點來簡單的模擬多網(wǎng)關(guān)系 統(tǒng)，但是多線程程序設(shè)計要更加的小心，如果一個線程崩潰的話可能會導(dǎo)致一個進(jìn)程內(nèi)的其他線程無法正確執(zhí)行，并且 CPU 要花時間去維護(hù)多線程的切換和執(zhí)行，這是值得我們注意的地方。 while(1) { TCP_RecCnt=TCP_Read()。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，本文共設(shè)計了四個線程，分別為： 1. Top_CANRec()。 struct SendUpControl { //上行數(shù)據(jù)控制結(jié)構(gòu)體 pthread_mutex_t lock。 TCP 客戶端建立連接 要實現(xiàn)一個完整的 TCP 連接，需要有一個服務(wù)器和一個客戶端。不像通用性 PC，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)無法直接在嵌入式設(shè)備上完成，因此必須借助 PC 來完成開發(fā)，并且在 PC 環(huán) 境下開發(fā)的程序要經(jīng)過交叉編譯使目標(biāo)代碼能夠在目標(biāo)板上運(yùn)行。還支持 IEEE 全雙工流量控 制。 通過與其他模塊連接，控制邏輯模塊控制 MCP2515 的設(shè)置和運(yùn)行，以便傳輸信息與控制。 I/O 接口支持 和 工作電壓，這些可以為存儲接口和外設(shè) I/O 接口單獨(dú)配置基于這個特點，它能夠完全滿足不同外設(shè)的電平需要。現(xiàn)在，國際上相關(guān)組織也開始著手做這項工作，制定出了一些工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，在 未來直接將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，取代現(xiàn)在的現(xiàn)場總線技術(shù)，這是一個必然的趨勢，在這方面需要做的工作還有很多。 DLC 段為數(shù)據(jù)長度表示段，高位在前， DLC 段有效值為 0~8，但是接收方接收到 9~15 的時候并不認(rèn)為是錯誤。 （ 6） ACK 段。 正是因為 CAN 協(xié)議的這些特點，使得 CAN 特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一，并且得到了極大的發(fā)展。 2）系統(tǒng)的柔軟性。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計與實現(xiàn) 3 第 2章 CAN 總線和以太網(wǎng) 簡介 CAN 總線簡介 CAN 是 Controller Area Network 的縮 寫（以下稱為 CAN），是 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。 以太網(wǎng) （ Ether） 作為 互連網(wǎng)的一種最普及的局域網(wǎng)技術(shù)，具有較好的技術(shù)穩(wěn)定性和傳輸數(shù)據(jù)的高效性等特點，此外，以太網(wǎng)還可以方便的與干線網(wǎng)絡(luò)連接，整個控制系統(tǒng)還能夠支持互連網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪問。 本文在深入的研究了 協(xié)議、 TCP/IP 協(xié)議的特點及實現(xiàn)原理 后 ，提出了一種以太網(wǎng)和 CAN 總線互聯(lián)的網(wǎng)關(guān)模型 。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(jìn)行監(jiān)控和管理的目的?？偩€電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。 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）。表示該幀優(yōu)先級的段。擴(kuò)展格式的 ID 有 29 個位。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]。 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]。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。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]。 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(jī)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(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，其移動能力增強(qiáng)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)。 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。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 。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。SendUpBuf)。 int t = DownMessageBuf[126]8 | DownMessageBuf[127]。發(fā)送的信息格式如下： $T28,H34。 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計與實現(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)計與應(yīng)用 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,20xx. [2] 陽憲惠 .現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用 .北京 :清華大學(xué)出版社 ,20xx. [3] 周明 .現(xiàn)場總線控制 .北京 :中國電力出版社 ,20xx. [4] 周立功 .CAN 現(xiàn)場總線原理與應(yīng)用 .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,20xx. [5] .林瑤等譯 .用 TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)際互連 .第一卷 :原理 ,協(xié)議和體 系結(jié)構(gòu) (第三版 )[M].北京 :電子工業(yè)出版社 ,1998. [6] 李楠 .CAN 總線與以太網(wǎng)連接技術(shù)研究 [D].南京 :南京航空航天大學(xué)研究生學(xué)院民航學(xué)院 ,20xx. [7] [M].北京 :清華大學(xué)出版社 ,20xx 年9 月第 1 版 . [8] AT91SAM9G45 Datasheet Preliminary Summary [9] MCP2515 datasheet [10] DM9161 datasheet [11] 劉淼 .嵌入 式系統(tǒng)接口設(shè)計與 Linux 驅(qū)動程序開發(fā) .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社，20xx. [12] 吳明暉 ,徐睿 ,黃健 ,徐辰 .基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用 [M].北京 :人民郵電出版社 ,20xx. [13] 孫鑫 .VC++深入詳解 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,. [14] 陳賾主編 .ARM9 嵌入式技術(shù)及 Linux 高級實踐教程 .北京 :北京航空航天出 版社 ,20xx. [15] 等 .深入理解 LINUX 內(nèi)核 .北京 :中國電力出版社 ,20xx. [16] 星翼電子科技有限公司 .STM32 開發(fā)指南 .廣州 :,20xx. [17] 宋巖 .CortexM3 權(quán)威指南 (中文 ).北京 :,20xx. 基于 ARM 的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 設(shè)計與實現(xiàn) 30 致 謝 大學(xué)的生活就此結(jié)束，在這四年時間內(nèi)，得到了很多老師的關(guān)心和照顧，值此之際，向他們表示我誠摯的謝意。畢老師有著豐富的實際項目經(jīng)驗，在我做畢業(yè)設(shè)計期間，提出了很多實際問題。 下位機(jī)的硬件實物如圖 所示 。 delay()。 TCP_Write(UpMessageBuf, t)。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。 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)。 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。嵌入式技術(shù)是多個學(xué)科的交叉和融合，集成了多個學(xué)科的優(yōu)點，諸如通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)等學(xué) 科的發(fā)展對于嵌入式技術(shù)的發(fā)展都起到了至關(guān)重要的作用。 DM9161CEP 還提供了介質(zhì)無關(guān)的接口，來連接所有提供支持介質(zhì)無關(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。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。 網(wǎng)關(guān)的硬件實物 如圖 所示 ，采用的是 SBC6845 開發(fā)板。 以太網(wǎng)簡介 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)點獲得了廣大用戶的青睞?；?ID 和標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 相同。表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。 6）連接節(jié)點多。 CAN 協(xié)議具有以下特點： 1）多主控制。因此，針對這種情況，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(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從而允許在控制室內(nèi)對現(xiàn)場中的設(shè)備進(jìn)行訪問、 監(jiān)控與管理?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(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，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(chǔ)上設(shè)計 嵌入式CANEther 網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn) CAN 總線和以太網(wǎng)的互聯(lián) 通信。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(jìn)行逐個仲裁比較。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(fù)載的限制。 （ 5） CRC 段。 控制段，由 6 個位構(gòu)成，表示數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。 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法相互兼容，每一個開發(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(shè)備及控制系統(tǒng)的升級不利，有可能會影響到生產(chǎn)效益。 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。會對 CAN 總線上檢測到的任何報文進(jìn)行錯誤檢查，然后與用戶定義的濾波器進(jìn)行匹配，以確定是否將報文移到兩個接收緩沖器中的一個。這是完全符合 IEEE 規(guī)格。 ，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(yùn)行速度。 UDP 是無連接的傳輸協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡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。所以最好的解決辦法是緩沖區(qū)的重復(fù)利用。當(dāng)多個任務(wù)可以并行執(zhí)行時，可以為每個任務(wù)啟動一個線程 [13]