發(fā)布時(shí)間：2016-01-29所屬分類：計(jì)算機(jī)職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 有關(guān)現(xiàn)在以太網(wǎng)新科技應(yīng)用的新發(fā)展方向有什么措施呢，要如何來(lái)促進(jìn)現(xiàn)在新計(jì)算機(jī)工程技術(shù)呢?本文是一篇計(jì)算機(jī)論文。整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以分為三部分:CAN總線設(shè)備接口通信程序、透明網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序和以太網(wǎng)層應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。其中,CAN總線設(shè)備接口通信程
有關(guān)現(xiàn)在以太網(wǎng)新科技應(yīng)用的新發(fā)展方向有什么措施呢，要如何來(lái)促進(jìn)現(xiàn)在新計(jì)算機(jī)工程技術(shù)呢?本文是一篇計(jì)算機(jī)論文。整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以分為三部分:CAN總線設(shè)備接口通信程序、透明網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序和以太網(wǎng)層應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。其中,CAN總線設(shè)備接口通信程序和透明網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的CAN控制器協(xié)議模塊在結(jié)構(gòu)上有較大的相似性,但有可能因采用微控制器不同而導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)的程序語(yǔ)言相異。
摘要：介紹了一種基于單片機(jī)SX52的CAN與以太網(wǎng)互連方案,闡述了以太網(wǎng)和CAN總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的軟硬件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)與現(xiàn)有CAN總線網(wǎng)的直接連接。保證管理監(jiān)控層(以太網(wǎng))與生產(chǎn)測(cè)控層(CAN總線網(wǎng))之間的連接,使得上下層數(shù)據(jù)能方便地通信。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線,CAN總線,以太網(wǎng),計(jì)算機(jī)論文范例
在大型企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中,上層企業(yè)管理層和生產(chǎn)監(jiān)控層一般都采用以太網(wǎng)和PC機(jī),而下層車間現(xiàn)場(chǎng)則采用現(xiàn)場(chǎng)總線和單片機(jī)測(cè)控設(shè)備。上下兩層的溝通,通常采用工業(yè)控制機(jī)加以太網(wǎng)卡,再加上PC機(jī)插槽上的接口卡或并行打印口的EPP接口卡實(shí)現(xiàn)。這種連接方式成本高,開發(fā)周期長(zhǎng)。針對(duì)這種情況,筆者設(shè)計(jì)一種單獨(dú)的CAN以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)互連系統(tǒng),成功地實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與現(xiàn)有CAN總線網(wǎng)的直接數(shù)據(jù)互聯(lián)。
計(jì)算基金論文：《計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程》，《計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程》雜志是中國(guó)科技核心期刊，目前已被中國(guó)期刊網(wǎng)，中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)全文收錄，成為中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊和科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(SCD)來(lái)源期刊;同時(shí)還被《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)》全文收錄，并在"萬(wàn)方數(shù)據(jù)—數(shù)字化期刊群"全文上網(wǎng)。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為三部分:現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)(CAN網(wǎng)絡(luò))、嵌入式透明SX52網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)信息管理終端(如監(jiān)控平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)等),如圖1所示。
CAN總線是一個(gè)設(shè)備互連總線型控制網(wǎng)絡(luò)。在CAN總線上可以掛接多達(dá)110個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn),各設(shè)備間可以自主相互通信,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。但設(shè)備信息層無(wú)法直接到達(dá)信息管理層,要想設(shè)備信息進(jìn)入信息管理層需通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)。嵌入式透明SX52網(wǎng)關(guān)就是為此而設(shè)計(jì)的。
透明式網(wǎng)關(guān)在以太網(wǎng)應(yīng)用層構(gòu)建和解析完整的CAN協(xié)議數(shù)據(jù)包。CAN協(xié)議數(shù)據(jù)包作為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸,它對(duì)通信數(shù)據(jù)的具體實(shí)際意義不做任何解釋。透明式網(wǎng)關(guān)由通信處理器、CAN總線控制器和以太網(wǎng)控制器三部分組成。其中SX52單片機(jī)為核心處理器,它實(shí)現(xiàn)了CAN控制網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。以太網(wǎng)信息管理層的控制指令發(fā)送到嵌入式透明SX52網(wǎng)關(guān),將TCP/IP協(xié)議包數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CAN協(xié)議形式發(fā)送至CAN控制網(wǎng)絡(luò)中的指定設(shè)備節(jié)點(diǎn),完成信息管理層對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的控制。同樣地,當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備數(shù)據(jù)(如定時(shí)采樣數(shù)據(jù)或報(bào)警信息)要傳輸?shù)叫畔⒐芾韺訒r(shí),可將數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式透明SX52網(wǎng)關(guān),再通過(guò)網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)AN協(xié)議數(shù)據(jù)封裝成TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送至以太網(wǎng)上的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
以太網(wǎng)信息管理終端是一個(gè)根據(jù)用戶的具體要求而設(shè)計(jì)的用戶層應(yīng)用軟件。它可以是一個(gè)WIN32監(jiān)控程序或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)(記錄CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù))軟件等;甚至可能是CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)備的服務(wù)器軟件,為設(shè)備提供較復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作。
2 硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件分為兩大部分:CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口設(shè)計(jì)和嵌入式透明SX52網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。
2.1 CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口設(shè)計(jì)
CAN總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口設(shè)計(jì)較網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。它是在完成設(shè)備功能的基礎(chǔ)上加入一個(gè)CAN通信控制器接口芯片,實(shí)現(xiàn)與CAN總線網(wǎng)絡(luò)的連接。考慮到開發(fā)成本和靈活性,筆者在設(shè)計(jì)中選用PHILIPHS公司的獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000芯片和CAN總線收發(fā)器82C250芯片。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2.2 嵌入式透明SX52網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)
嵌入式透明網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它由CAN控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊和以太網(wǎng)控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊兩部分組成。網(wǎng)關(guān)硬件中SX52微處理器起核心作用。它是由美國(guó)Ubicom公司研制的高速可配置通信控制器,其處理速度相當(dāng)高。在外接100MHz時(shí)鐘時(shí),指令執(zhí)行速度可達(dá)100 MIPS。它可實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧中的ARP、IP、UDP、TCP、HTTP、SMTP、ICMP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
CAN控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊硬件電路原理如圖3左框圖。它由三部分組成:微控制器SX52、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器82C250。其中SX52為唯一的CPU核心,負(fù)責(zé)SJA1000的初始化,通過(guò)讀寫SJA1000內(nèi)部寄存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和錯(cuò)誤處理等。PCA82C250則提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。
以太網(wǎng)控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊主要由微控制器SX52、以太網(wǎng)通信控制器RTL8019AS和隔離濾波器FB2002組成。RTL8019AS是臺(tái)灣Realtek公司制造的一種高集成度的全雙工10Mbps以太網(wǎng)控制芯片,實(shí)現(xiàn)了基于Ethernet協(xié)議的MAC層的全部功能,內(nèi)置16KB的SRAM、雙DMA通道和FIFO完成數(shù)據(jù)包的接收和發(fā)送功能。在網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)中,使用跳線模式(JP置為高)硬配置RTL8019AS為8位模式。使用RTL8019的低5位地址線A0~A4以及低8位數(shù)據(jù)線D0~D7。SX52的B口的B0~B4腳作為地址線連接RTL8019AS的低5位地址線,B5~B7作為控制線分別連接讀寫時(shí)序控制腳IORB、IOWB、IOCHRDY;C口作為數(shù)據(jù)線連接RTL8019AS的低8位數(shù)據(jù)線;A口保留,用作日后擴(kuò)展。圖3中AT24C64為8KB EEPROM,主要用來(lái)保存嵌入式透明SX-52網(wǎng)關(guān)的配置信息,如網(wǎng)關(guān)IP地址、MAC地址和SJA1000的ID網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示符、網(wǎng)絡(luò)掩碼AMR和總線定時(shí)(BTR0、BTR1)等。這樣,可以靈活方便地修改網(wǎng)關(guān)參數(shù),適應(yīng)不同環(huán)境,同時(shí)也考慮到以后的擴(kuò)展。
RTL8019AS除與SX52連接外,還將其網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器的4根引腳TPOUT+、TPOUT-、TPIN+、TPIN-通過(guò)外接的隔離濾波器FB2002與以太網(wǎng)相連。采用隔離濾波器FB2002是為了提高網(wǎng)絡(luò)通信的抗干擾能力。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 透明網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序
透明網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的整體設(shè)計(jì)思路為:當(dāng)以太網(wǎng)應(yīng)用層有數(shù)據(jù)要發(fā)送到CAN節(jié)點(diǎn)時(shí),首先,數(shù)據(jù)發(fā)送到透明網(wǎng)關(guān)由以太網(wǎng)控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊從傳輸層數(shù)據(jù)報(bào)文中解析出完整的CAN協(xié)議數(shù)據(jù)包,存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)A再通知總調(diào)度模塊,由它調(diào)用CAN控制器協(xié)議模塊將CAN協(xié)議數(shù)據(jù)包發(fā)送到CAN總線上。反過(guò)來(lái),當(dāng)CAN設(shè)備有數(shù)據(jù)要發(fā)送到用戶層時(shí),首先,數(shù)據(jù)發(fā)送到透明網(wǎng)關(guān)由CAN控制器協(xié)議模塊將完整的CAN協(xié)議數(shù)據(jù)包存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B再通知總調(diào)度模塊,由它調(diào)用以太網(wǎng)控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊將完整的CAN協(xié)議數(shù)據(jù)包作為應(yīng)用層數(shù)據(jù)封裝起來(lái),再發(fā)送到以太網(wǎng)的應(yīng)用層。其程序結(jié)構(gòu)如圖4所示。
3.1.1 CAN控制器協(xié)議模塊
CAN控制器協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊程序主要由SJA1000的寄存器讀程序CANRead()、寫程序CANWrite()、初始化程序CANInit()、發(fā)送程序txdsub()、接收程序rxdsub()程序組成。之所以要編寫單獨(dú)的SJA1000的寄存器讀、寫子程序,這是由SX52芯片只有I/O端口決定的。
選用CAN2.0A協(xié)議構(gòu)建CAN總線控制網(wǎng)絡(luò),對(duì)SJA1000的初始化主要完成控制寄存器CR、驗(yàn)收代碼寄存器ACR、驗(yàn)收屏蔽寄存器AMR、總線定時(shí)寄存器BTR0,1和輸出控制寄存器OCR的設(shè)置。初始化完成后,由總調(diào)度模塊監(jiān)控SJA1000控制器。當(dāng)CAN總線上有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí),它調(diào)用接收子程序rxdsub(),把這一幀數(shù)據(jù)包存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)B中,然后釋放接收緩沖器。
