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CAN與以太網數據交換的研究與分析
摘要：主要介紹將CAN現場總線以協(xié)議中的標準模式接入以太網的方法，實現CAN網絡中的數據和以太網中的數據進行簡單交換；給出相應的硬件和軟件原理以及重點難點說明。1 技術背景
CAN（Controller Area Network——控制器局域網）是一種由帶CAN控制器組成高性能串行數據局域通信網絡，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。它最早由德國Bosch公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數據通信。其總線規(guī)范已被ISO估計標準組織制定為國際標準。由于其具有多主機、傳輸距離遠（最遠為10km）、傳輸速度快（最快為1Mbps）、抗干擾能力強等諸多優(yōu)點，所以被認為是最有發(fā)展前途的現場總線之一。
CAN協(xié)議是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎上的。1991年9月，Philips Semiconductors制定并發(fā)布的CAN技術規(guī)范Version2.0為現行最高版本。其中規(guī)定了兩種模式：標準模式和擴展模式。本文主要對標準模式進行介紹。
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol——傳輸控制協(xié)議/網絡協(xié)議）是一個工業(yè)標準的協(xié)議集，包括IP、TCP、UDP等子協(xié)議，保證數據在網絡上的正確傳輸。TCP/IP協(xié)議是現代因特網的基礎。
TCP/IP協(xié)議為四層模型：應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。每層都有不同的功能，而且層和層之間在邏輯上是相互獨立的。每層都對應一些子協(xié)議，如圖1所示。本文用到的協(xié)議包括ARP、IP和TCP等。
2 應用背景
CAN總線在很多行業(yè)被廣泛應用。由其組成的局域網可以將很多底層測控設備連接起來，最遠距離可達10km(在不接中繼器的條件下)。相對其它現場總線，該距離已經是很遠了。但隨著以太網的發(fā)展，人們希望對底層設備也能進行真正意義上的遠程控制。工控機加接口卡已經被用來實現這一目的，但價格和接口卡帶來的瓶頸等問題也隨之暴露出來。本文是以單片機、CAN器件和網絡芯片為核心的模塊來完成該功能進行敘述的。這種方案降低了成本，避免了瓶頸。
3 硬件部分
硬件的實現方案有多種，可以采用集成TCP/IP協(xié)議的單片機外加CAN收發(fā)器和控制器；也可采用集成CAN控制器的單片機外加CAN收發(fā)器和網絡芯片。本文的實例采用不帶任何集成的單片機Philips P89C668，外加CAN控制器SJA1000、CAN收發(fā)器TJA1050以及網絡芯片RTL8019AS，組成一個轉換模塊，功能模塊如圖2所示。
P89C668：微控制器，主要的控制部分，實現對網絡芯片以及CAN器件的控制，并進行兩者之間的協(xié)議轉換。
SJA1000：CAN控制器，兩種工作模式（BasicCAN和PeliCAN）。BasicCAN僅支持標準模式，PeliCAN支持CAN2.0B的標準模式和擴展模式（本文僅介紹BasicCAN模式）。支持錯誤分析功能，對CAN收發(fā)器進行控制，為微控制器提供了控制CAN總線的簡單接口。
TJA1050：CAN收發(fā)器，微控制器對CAN控制器進行相應配置后，收發(fā)器自動過完成相應的CAN總線動作。
RTL8019：網絡芯片，提供給微控制器控制以太網的簡單接口，使微控制器只需要對其進行相應讀寫即可完成對以太網的操作。
實驗中另外用到一個CAN模塊作為一個CAN節(jié)點，和轉換模塊一起組成一個簡單的CAN網。
4 軟件部分
4.1 CAN編程
BasicCAN模式中的CAN編程相對簡單，只需要對SJA1000相應的寄存器進行讀寫操作即可。在該模式下，報文識別碼為11位，在經過驗收濾波器的篩選后，符合條件的報文才能被接收，并存入SJA1000接收緩沖區(qū)。識別碼值越小，優(yōu)先級越高。如果總線上出現報文沖突，優(yōu)先級高的報文選占據總線。CAN節(jié)點間每次最多傳送的數據為10個字節(jié)。發(fā)送緩沖區(qū)寄存器的描述如表1所列，它與接收緩沖區(qū)寄存器結構大體相同，只是地址不同。
表1 發(fā)送緩沖區(qū)寄存器
本實驗中用到P89C668的外部中斷1。該中斷由SJA1000引發(fā)，設置為當SJA1000收到來自
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