CAN总线嵌入式透明网关的设计
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但只采用 了该模型底层 的物理层 、 数据链路层和顶层 的应用层。Ｃ Ｎ 总线具有如下主要 特征： Ａ 多主站依据 优先权进行总线访问 ， 无破坏性的基于优先权 的仲裁 ， 借助接受滤波的多地址帧传送 ， 远程数据请求 ， 配置灵 活， 错误检测和出错信令 ， 可寻址 ２ Ｋ节点等 。ｃ Ｎ卓越的特性 、 高的可靠性和独特的设计 ， Ａ 极 特别适合工 业过程监控设备 的互连 ， 受到工业界的高度重视。 而 目前大多数嵌入式系统还处于单独应用 的阶段 ， ＭＣ 以 Ｉ为核心 ， ７ 与一些监测 、 伺服、 指示设备配合实 现一定的功能。在一些工业和汽车应用中， 为了实现多个 Ｍ 之间的信息交流 ， 利用 Ｃ Ｎ、 ｓ８ Ａ Ｒ ４５等总线 将 ＭＣ Ｉ 组网 ， 但这种 网络的有效半径 比较有限 ， 有关 的通信协议也 比较少 ， 而且一般是孤立 于 Ｉｔ ｅ 以 ｎ锄 ｔ
命令 所需 的 数据参 数 可能 大于 ７ Ｙ陋 ， Ｂ 同时 很有 可能 返 回的 数据也 较 大 ， 以 ， 里设 置一个 字 节 所 这
图 １ 应 用 层 帧 结 构
ＭＡ Ｃ子层运行借助称之为“ 故障界定实体（ （ ） 的管理实体进行监控。故障界定是使判别短暂干扰 Ｆ１ ” Ｅ 和永久性故障成为可能的一种 自检机制。物理层可借 助检测和管理物理媒体故障实体进行监控（ 例如总线 短路或中断 ， 总线故障管理） 。Ｕ￡ 和 ＭＡ Ｃ两个 同等的协议实体通过交换帧或协议数据单元（ 卜 Ｐａｏ Ｐ 一 Ｔｔ 一
１ ０ ．４ Ｏ （ｏ ８ ３０ ３ ．３ ０ ４６ １ ２ ０ ）Ｏ ．０ １０
Ｃ Ｎ 总线 嵌 入 式 透 明 网关 的设 计 Ａ
唐安琼 ，刘胜永２ ， ３
（． １广西工学院 计算机工程 系 ， 广西 柳 州 ５５０ ；． ４０６２广西工学 院 工程训练 中心 ， 广西 柳 州 ５５０ ； ４０６
Ｃ Ｎ是 遵从 ０ Ｉ 型， 照 ０ Ｉ 准 模 型， Ａ 结构 划 分 为两 层 ： 据链 路层 和物 理 层。按 照 Ａ Ｓ模 按 Ｓ基 ＣＮ 数 ＩＥ ８ ２２和 ８ ２３ Ｅ Ｅ０ ． ０ ． 标准 ， 数据链路层又划分为： 逻辑链路控制（ Ｌ ） ＬＣ 物理 层 又划 分 为 ：
媒体访问控制（ Ｃ ， ＭＡ ）物理信令（ Ｌ ）物理媒体附属装置（ 凇 ）媒体相关接 口（ Ｉ Ｐ Ｓ， Ｐ ， ）
外的。Ｉｔ ｔ ｎｅ 己成为社会重要的基础信息设施之一 ， ｍｅ 如果嵌入式系统能够连接到 Ｉｔ ｔ ｎｅ 上面， ｍｅ 则可 以方 便、 低廉地将信息传送到几乎世界上任何一个地方。可以预言， 嵌入式设备与 Ｉｔ ｔ ｎｅ 的结合代表着嵌入式 ｍｅ 系统和网络技术的真正未来ｕ 。 Ｊ
１ Ｃ Ｎ 协 议 分 析 Ａ
Ｌ Ｃ子层提供的功能包括 ： Ｌ 帧接收滤波、 超载通告和恢复管理 。其 中， 超载通告功能是如果接收器内部 条件要求延迟下一个 Ｌ Ｃ数据帧或 Ｕ 远程 帧， Ｌ 则通过 Ｌ Ｃ子层开始发送超载帧， 多可产生两个超载 Ｌ 最 帧， 以延迟下一个数据帧或远程帧。 按照网络的 ０ Ｉ Ｓ 七层模型来看 ，Ａ 总线 网络完成 了最下面两层协议的工作 ， ＣＮ 即物理层和数据链路层 ， 它们 由 Ｑ 控制器 的硬件实现电平转换和帧的封装。在实际应用中 ， 还需要建立 自己的上层协议。这里 设计了一种简单实用的“ 命令项 ＋数据项” 结构 ， 其完整数据帧结构如图 １ 所示 。 考虑到工业控制 中， 功能一般不多 ， 因此命令 项的长度设定为 １ Ｙｒ （ 以描述 ２６ Ｂ Ｅ可 ５ 种命令 ） 。 在数据项里设置数据长度是考虑到 Ｃ Ｎ 总线是 Ａ 短帧传送（ 据帧， 数 每帧数据只有 ８ Ｙｒ ）有 的 Ｂ Ｅ，
２０Ｏ ３ ｏ ９） ３ 合肥工业大学 电气与 自动化工程学 院， ． 安徽 合肥
摘
要： 系统研究 了 Ｃ Ｎ 总线 与以太网互连 的技术要 点 ， 了互 连技术 在实现 过程 中的难 点——协议 转换 ， Ａ 分析 提出
了一种 Ｃ Ｎ 总线与以太网 系统互连设计 方案 ， 阐述了其系统的软硬件实现方 法。系统 采用 了高速微控制器 Ｓ ５ Ａ 并 Ｘ２ 来设计嵌入 式透明网关 ， Ｓ ５ 较强 的网络协议 处理能力保证 了整个 系统 性能的提升 。 以 ｘ２
收稿 日期 ：ｏ ８—０ ～１ ２０ ７ ２
基 金项 目 ： 广西工学 院青年科学基金 （ 院青 ０ １ｏ ） 助。 ６４ ３资 作者 简介： 唐安琼 （９ ８ ， ， １７ 一）女 四川安岳人 ， 广西工学 院计算 机工程系教师 。
３ ２
广西工学院学报
第１ ９卷
ＤａａＵｎｔ相互 通 信 Ｊ ｔ ｉ ） 。
第 １０ 第 ３期 ９ ８年 ２ 卷 ９月 ０
学 ＳＴＹ Ｊ Ｉ ＮＡ ． Ｆ ＧＵＡ 工 学 院 Ｖ Ｒ Ｉ Ｆ 巨ＨＮ ． Ｙ ＣＩ Ｉ０ 广 西 ＸＩ ＮＧ ＵＮＩ Ｅ 报 ０ 】 ０Ｉ ［ ０Ｇ
Ｖ １ ９ ｌ３ ０． Ｎ ． １ ｏ
Ｓ ．ｏ ８ 印 ２０
文章编号
关 键 词 ： Ａ 网关 ； 入式 ；ｘ５ （ Ｃ Ｎ； 嵌 ｓ ２ 高速微控制器 ）
文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： Ｐ ３ Ｔ ３６
０ 引 言
现场总线是用Βιβλιοθήκη 生产制造现场的最底层通信 网络 ， 它实现了微机化的现场测量控制仪器或设备之间的
双向串行多节点数字通信 。现场总线技术的关键是使 自 动控制系统与现场设备具备通信能力 ， 将它们连接 成网络系统 ， 实现现场通信网络与控制系统的集成 。作为网络系统 ， 它具有开放统一的通信协议。Ｃ Ｎ总 Ａ 线就 是现 场 总线技 术 在工业 应 用 中形成 的一个 成熟 技术 标 准［ ¨。它 的协议 建 立在 ＩＯ／ＩＩ 型基 础 之 上 ， Ｓ ＣＳ 模
命令 所需 的 数据参 数 可能 大于 ７ Ｙ陋 ， Ｂ 同时 很有 可能 返 回的 数据也 较 大 ， 以 ， 里设 置一个 字 节 所 这
图 １ 应 用 层 帧 结 构
ＭＡ Ｃ子层运行借助称之为“ 故障界定实体（ （ ） 的管理实体进行监控。故障界定是使判别短暂干扰 Ｆ１ ” Ｅ 和永久性故障成为可能的一种 自检机制。物理层可借 助检测和管理物理媒体故障实体进行监控（ 例如总线 短路或中断 ， 总线故障管理） 。Ｕ￡ 和 ＭＡ Ｃ两个 同等的协议实体通过交换帧或协议数据单元（ 卜 Ｐａｏ Ｐ 一 Ｔｔ 一
１ ０ ．４ Ｏ （ｏ ８ ３０ ３ ．３ ０ ４６ １ ２ ０ ）Ｏ ．０ １０
Ｃ Ｎ 总线 嵌 入 式 透 明 网关 的设 计 Ａ
唐安琼 ，刘胜永２ ， ３
（． １广西工学院 计算机工程 系 ， 广西 柳 州 ５５０ ；． ４０６２广西工学 院 工程训练 中心 ， 广西 柳 州 ５５０ ； ４０６
Ｃ Ｎ是 遵从 ０ Ｉ 型， 照 ０ Ｉ 准 模 型， Ａ 结构 划 分 为两 层 ： 据链 路层 和物 理 层。按 照 Ａ Ｓ模 按 Ｓ基 ＣＮ 数 ＩＥ ８ ２２和 ８ ２３ Ｅ Ｅ０ ． ０ ． 标准 ， 数据链路层又划分为： 逻辑链路控制（ Ｌ ） ＬＣ 物理 层 又划 分 为 ：
媒体访问控制（ Ｃ ， ＭＡ ）物理信令（ Ｌ ）物理媒体附属装置（ 凇 ）媒体相关接 口（ Ｉ Ｐ Ｓ， Ｐ ， ）
外的。Ｉｔ ｔ ｎｅ 己成为社会重要的基础信息设施之一 ， ｍｅ 如果嵌入式系统能够连接到 Ｉｔ ｔ ｎｅ 上面， ｍｅ 则可 以方 便、 低廉地将信息传送到几乎世界上任何一个地方。可以预言， 嵌入式设备与 Ｉｔ ｔ ｎｅ 的结合代表着嵌入式 ｍｅ 系统和网络技术的真正未来ｕ 。 Ｊ
１ Ｃ Ｎ 协 议 分 析 Ａ
Ｌ Ｃ子层提供的功能包括 ： Ｌ 帧接收滤波、 超载通告和恢复管理 。其 中， 超载通告功能是如果接收器内部 条件要求延迟下一个 Ｌ Ｃ数据帧或 Ｕ 远程 帧， Ｌ 则通过 Ｌ Ｃ子层开始发送超载帧， 多可产生两个超载 Ｌ 最 帧， 以延迟下一个数据帧或远程帧。 按照网络的 ０ Ｉ Ｓ 七层模型来看 ，Ａ 总线 网络完成 了最下面两层协议的工作 ， ＣＮ 即物理层和数据链路层 ， 它们 由 Ｑ 控制器 的硬件实现电平转换和帧的封装。在实际应用中 ， 还需要建立 自己的上层协议。这里 设计了一种简单实用的“ 命令项 ＋数据项” 结构 ， 其完整数据帧结构如图 １ 所示 。 考虑到工业控制 中， 功能一般不多 ， 因此命令 项的长度设定为 １ Ｙｒ （ 以描述 ２６ Ｂ Ｅ可 ５ 种命令 ） 。 在数据项里设置数据长度是考虑到 Ｃ Ｎ 总线是 Ａ 短帧传送（ 据帧， 数 每帧数据只有 ８ Ｙｒ ）有 的 Ｂ Ｅ，
２０Ｏ ３ ｏ ９） ３ 合肥工业大学 电气与 自动化工程学 院， ． 安徽 合肥
摘
要： 系统研究 了 Ｃ Ｎ 总线 与以太网互连 的技术要 点 ， 了互 连技术 在实现 过程 中的难 点——协议 转换 ， Ａ 分析 提出
了一种 Ｃ Ｎ 总线与以太网 系统互连设计 方案 ， 阐述了其系统的软硬件实现方 法。系统 采用 了高速微控制器 Ｓ ５ Ａ 并 Ｘ２ 来设计嵌入 式透明网关 ， Ｓ ５ 较强 的网络协议 处理能力保证 了整个 系统 性能的提升 。 以 ｘ２
收稿 日期 ：ｏ ８—０ ～１ ２０ ７ ２
基 金项 目 ： 广西工学 院青年科学基金 （ 院青 ０ １ｏ ） 助。 ６４ ３资 作者 简介： 唐安琼 （９ ８ ， ， １７ 一）女 四川安岳人 ， 广西工学 院计算 机工程系教师 。
３ ２
广西工学院学报
第１ ９卷
ＤａａＵｎｔ相互 通 信 Ｊ ｔ ｉ ） 。
第 １０ 第 ３期 ９ ８年 ２ 卷 ９月 ０
学 ＳＴＹ Ｊ Ｉ ＮＡ ． Ｆ ＧＵＡ 工 学 院 Ｖ Ｒ Ｉ Ｆ 巨ＨＮ ． Ｙ ＣＩ Ｉ０ 广 西 ＸＩ ＮＧ ＵＮＩ Ｅ 报 ０ 】 ０Ｉ ［ ０Ｇ
Ｖ １ ９ ｌ３ ０． Ｎ ． １ ｏ
Ｓ ．ｏ ８ 印 ２０
文章编号
关 键 词 ： Ａ 网关 ； 入式 ；ｘ５ （ Ｃ Ｎ； 嵌 ｓ ２ 高速微控制器 ）
文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ： Ｐ ３ Ｔ ３６
０ 引 言
现场总线是用Βιβλιοθήκη 生产制造现场的最底层通信 网络 ， 它实现了微机化的现场测量控制仪器或设备之间的
双向串行多节点数字通信 。现场总线技术的关键是使 自 动控制系统与现场设备具备通信能力 ， 将它们连接 成网络系统 ， 实现现场通信网络与控制系统的集成 。作为网络系统 ， 它具有开放统一的通信协议。Ｃ Ｎ总 Ａ 线就 是现 场 总线技 术 在工业 应 用 中形成 的一个 成熟 技术 标 准［ ¨。它 的协议 建 立在 ＩＯ／ＩＩ 型基 础 之 上 ， Ｓ ＣＳ 模