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CAN與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的研究與分析
摘要：主要介紹將CAN現(xiàn)場(chǎng)總線以協(xié)議中的標(biāo)準(zhǔn)模式接入以太網(wǎng)的方法，實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單交換；給出相應(yīng)的硬件和軟件原理以及重點(diǎn)難點(diǎn)說明。關(guān)鍵詞：CAN總線 以太網(wǎng) 數(shù)據(jù)交換 TCP/IP協(xié)議 BasicCAN模式
1 技術(shù)背景
CAN（Controller Area Network——控制器局域網(wǎng)）是一種由帶CAN控制器組成高性能串行數(shù)據(jù)局域通信網(wǎng)絡(luò)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。它最早由德國Bosch公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范已被ISO估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)。由于其具有多主機(jī)、傳輸距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)為10km）、傳輸速度快（最快為1Mbps）、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
CAN協(xié)議是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的。1991年9月，Philips Semiconductors制定并發(fā)布的CAN技術(shù)規(guī)范Version2.0為現(xiàn)行最高版本。其中規(guī)定了兩種模式：標(biāo)準(zhǔn)模式和擴(kuò)展模式。本文主要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模式進(jìn)行介紹。
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol——傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議集，包括IP、TCP、UDP等子協(xié)議，保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的正確傳輸。TCP/IP協(xié)議是現(xiàn)代因特網(wǎng)的基礎(chǔ)。
TCP/IP協(xié)議為四層模型：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)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(dú)立的。每層都對(duì)應(yīng)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(yīng)用背景
CAN總線在很多行業(yè)被廣泛應(yīng)用。由其組成的局域網(wǎng)可以將很多底層測(cè)控設(shè)備連接起來，最遠(yuǎn)距離可達(dá)10km(在不接中繼器的條件下)。相對(duì)其它現(xiàn)場(chǎng)總線，該距離已經(jīng)是很遠(yuǎn)了。但隨著以太網(wǎng)的發(fā)展，人們希望對(duì)底層設(shè)備也能進(jìn)行真正意義上的遠(yuǎn)程控制。工控機(jī)加接口卡已經(jīng)被用來實(shí)現(xiàn)這一目的，但價(jià)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(jī)、CAN器件和網(wǎng)絡(luò)芯片為核心的模塊來完成該功能進(jìn)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(shí)現(xiàn)方案有多種，可以采用集成TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)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(jī)外加CAN收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)芯片。本文的實(shí)例采用不帶任何集成的單片機(jī)Philips P89C668，外加CAN控制器SJA1000、CAN收發(fā)器TJA1050以及網(wǎng)絡(luò)芯片RTL8019AS，組成一個(gè)轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)芯片以及CAN器件的控制，并進(jìn)行兩者之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
SJA1000：CAN控制器，兩種工作模式（BasicCAN和PeliCAN）。BasicCAN僅支持標(biāo)準(zhǔn)模式，PeliCAN支持CAN2.0B的標(biāo)準(zhǔn)模式和擴(kuò)展模式（本文僅介紹BasicCAN模式）。支持錯(cuò)誤分析功能，對(duì)CAN收發(fā)器進(jìn)行控制，為微控制器提供了控制CAN總線的簡單接口。
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