引 言
CAN(Controller Area Network)為控制器局域網(wǎng)絡，CAN總線規(guī)范已經(jīng)被國際標準化組織制訂為國際標準ISO11898，并得到眾多半導體器件廠商的支持，推出各種集成有CAN協(xié)議的產(chǎn)品。CAN屬于總線式串行通信網(wǎng)絡，由于其采用了許多新技術(shù)和獨特的設(shè)計，低成本、高可靠性、實時性、靈活性、抗干擾能力強等特點，已被廣泛應用于各個自動化控制系統(tǒng)中。在汽車電子、自動控制、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域，CAN總線具有無可比擬的優(yōu)越性。
以太網(wǎng)以其通信數(shù)據(jù)量大、傳輸速度快、開放性好、成本低等優(yōu)點，彌補了現(xiàn)場總線通信速率低的缺陷，成為現(xiàn)階段信息網(wǎng)絡應用最廣的局域網(wǎng)技術(shù)。用以太網(wǎng)直接進入工業(yè)控制領(lǐng)域，目前還存在一些問題，以太網(wǎng)的媒體訪問方式CSDA／CD不能保證網(wǎng)絡傳輸?shù)拇_定性和實時性，不能滿足工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的要求。將以太網(wǎng)引入工業(yè)測控領(lǐng)域，通過與現(xiàn)場總線(CAN BUS)分工合作，構(gòu)成兩種異構(gòu)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，將高效的以太網(wǎng)和低速的現(xiàn)場總線相結(jié)合，解決大規(guī)模測控系統(tǒng)實時性和可靠性矛盾，提高整個系統(tǒng)的工作效率。兩種異構(gòu)網(wǎng)絡的互連，需要用嵌入式網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)。
CAN／Ethernet網(wǎng)關(guān)設(shè)計的主要任務是協(xié)議轉(zhuǎn)換，要求數(shù)據(jù)解析正確完整，同時響應迅速、耗時低、實時性和安全性好。基于RISC架構(gòu)的ARM微處理器指令執(zhí)行效率高，軟件操作平臺易于建設(shè)，同時具備豐富的外圍擴展電路，能滿足實時多任務要求。使用ARM技術(shù)構(gòu)造以太網(wǎng)與CAN大功率電感器現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)是一種高效可行的方案。

1 網(wǎng)關(guān)硬件系統(tǒng)組成
網(wǎng)關(guān)的主要功能是進行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報文與CAN數(shù)據(jù)幀之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)以太網(wǎng)與CAN總線的互聯(lián)。系統(tǒng)的硬件組成包括CAN總線接口設(shè)計和以太網(wǎng)接口設(shè)計，如圖1所示。

S3C2410是Samsung公司推出的一款低價位、低功耗、高性能的32位RISC嵌入式處理器。該芯片采用ARM920T內(nèi)核，5級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，工作頻率高達266 MHz，運行速度可達1．1 MIPS。S3C2410提供了豐富的內(nèi)部資源，如：SDRAM控制器、LCD控制器、3通道的UART、4通道的DMA、2個SPI模塊，支持輪詢、中斷與DMA三種數(shù)據(jù)發(fā)送模式。雖然內(nèi)部沒有CAN控制器，但可以通過SPI接口進行擴展，接口電路簡單，易于實現(xiàn)。
CAN總線接口電路主要采用帶SPI接口的獨立CAN控制器MCP2510、CAN總線收發(fā)器TJA1050、高速光隔6N137和DC／DC電源隔離模塊DCR010505等設(shè)備組成。獨立CAN控制器MCP2510完全支持CAN總線的V 2．0A和V 2．0B的技術(shù)規(guī)范。系統(tǒng)設(shè)計時，將MCP2510作為從設(shè)備連接到S3C2410的SPI0口。TJA1050總線收發(fā)器是CAN控制器和物理總線之間的接口芯片，增強了總線的驅(qū)動能力。為增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，MCP2510的TXCAN和RXCON并不直接與TJA1050的TXD和RXD相連，而是通過兩片光電耦合器6N137與TJA1050相連，同時光隔芯片電感器的兩端電源采用DC／DC模塊進行隔離。這樣就實現(xiàn)了系統(tǒng)外總線CAN節(jié)點間的完全電氣隔離，增強了節(jié)點的穩(wěn)定性和安全性。總線兩端都接有1個終端電阻(120 Ω)和1個TVS管，以消除反射信號，有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
以太網(wǎng)接口電路是在S3C2410片上擴展網(wǎng)絡接口芯片RTL8019AS，RTL8019AS是臺灣REALTEK公司生產(chǎn)的一種基于ISA總線的高度集成的以太網(wǎng)控制器。它實現(xiàn)了以太網(wǎng)媒介訪問層(MAC)和物理層(PHY)的全部功能，包括MAC數(shù)據(jù)幀的收發(fā)、地址識別、循環(huán)冗余檢驗(Cyclic Redundancy Check，CRC)編碼／校驗、曼徹斯特編解碼、超時重傳、鏈路完整性測試、信號極性檢測與糾正等。RTL8019AS與主處理器有3種接口模式，跳線模式(Jumper)，即插即用模式(PnP)和免跳線模式(Jumperless)。系統(tǒng)采用常見的跳線模式來選擇I／O端口和中斷。

2 協(xié)議轉(zhuǎn)換流程
當CAN總線上的設(shè)備向Ethernet網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，嵌入式網(wǎng)關(guān)將接收到的CAN數(shù)據(jù)包解析，提取數(shù)據(jù)域中的內(nèi)容；然后按照TCP／IP協(xié)議進行封裝，嵌入式網(wǎng)關(guān)將經(jīng)過封裝的數(shù)據(jù)發(fā)送給以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS。由RTL8019AS自動給這些數(shù)據(jù)添加以太網(wǎng)物理層和邏輯鏈路層所需的相關(guān)信息，通過物理接口傳送到以太網(wǎng)。反之，當以太網(wǎng)向CAN總線上設(shè)備發(fā)送TCP／IP數(shù)據(jù)包時，它首先將數(shù)據(jù)發(fā)送到RTL8019AS，嵌入式網(wǎng)關(guān)從RTL8019AS中接收到數(shù)據(jù)后，提取實際要傳送的數(shù)據(jù)，然后封裝成CAN總線數(shù)據(jù)格式，通過CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡中的現(xiàn)場設(shè)備。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠