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CAN与以太网数据交换的研究与分析

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:主要介绍将CAN现场总线以协议中的标准模式接入以太网的方法,实现CAN网络中的数据和以太网中的数据进行简单交换;给出相应的硬件和软件原理以及重点难点说明。

    关键词:CAN总线 以太网 数据交换 TCP/IP协议 BasicCAN模式

1 技术背景

CAN(Controller Area Network——控制器局域网)是一种由带CAN控制器组成高性能串行数据局域通信网络,是国际上应用最广泛的现场总线之一。它最早由德国Bosch公司推出,用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范已被ISO估计标准组织制定为国际标准。由于其具有多主机、传输距离远(最远为10km)、传输速度快(最快为1Mbps)、抗干扰能力强等诸多优点,所以被认为是最有发展前途的现场总线之一。(范文先生网www.fwsir.com收集整理)

CAN协议是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的。1991年9月,Philips Semiconductors制定并发布的CAN技术规范Version2.0为现行最高版本。其中规定了两种模式:标准模式和扩展模式。本文主要对标准模式进行介绍。

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol——传输控制协议/网络协议)是一个工业标准的协议集,包括IP、TCP、UDP等子协议,保证数据在网络上的正确传输。TCP/IP协议是现代因特网的基础。

TCP/IP协议为四层模型:应用层、传输层、网络层和数据链路层。每层都有不同的功能,而且层和层之间在逻辑上是相互独立的。每层都对应一些子协议,如图1所示。本文用到的协议包括ARP、IP和TCP等。
CAN与以太网数据交换的研究与分析
2 应用背景

CAN总线在很多行业被广泛应用。由其组成的局域网可以将很多底层测控设备连接起来,最远距离可达10km(在不接中继器的条件下)。相对其它现场总线,该距离已经是很远了。但随着以太网的发展,人们希望对底层设备也能进行真正意义上的远程控制。工控机加接口卡已经被用来实现这一目的,但价格和接口卡带来的瓶颈等问题也随之暴露出来。本文是以单片机、CAN器件和网络芯片为核心的模块来完成该功能进行叙述的。这种方案降低了成本,避免了瓶颈。

3 硬件部分

硬件的实现方案有多种,可以采用集成TCP/IP协议的单片机外加CAN收发器和控制器;也可采用集成CAN控制器的单片机外加CAN收发器和网络芯片。本文的实例采用不带任何集成的单片机Philips P89C668,外加CAN控制器SJA1000、CAN收发器TJA1050以及网络芯片RTL8019AS,组成一个转换模块,功能模块如图2所示。
CAN与以太网数据交换的研究与分析
    P89C668:微控制器,主要的控制部分,实现对网络芯片以及CAN器件的控制,并进行两者之间的协议转换。

SJA1000:CAN控制器,两种工作模式(BasicCAN和PeliCAN)。BasicCAN仅支持标准模式,PeliCAN支持CAN2.0B的标准模式和扩展模式(本文仅介绍BasicCAN模式)。支持错误分析功能,对CAN收发器进行控制,为微控制器提供了控制CAN总线的简单接口。

TJA1050:CAN收发器,微控制器对CAN控制器进行相应配置后,收发器自动过完成相应的CAN总线动作。

RTL8019:网络芯片,提供给微控制器控制以太网的简单接口,使微控制器只需要对其进行相应读写即可完成对以太网的操作。

实验中另外用到一个CAN模块作为一个CAN节点,和转换模块一起组成一个简单的CAN网。
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4 软件部分

4.1 CAN编程

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