嵌入式CAN/Ethernet网关的研究与应用
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摘要
本文主要论述了嵌入式CAN／Ethernet网关的研究与应用。嵌入式网关的开发是为了实现原有系统中工控机和CAN适配卡的组合具有的功能，将CAN网络在原有拓扑不变的情况下加入以太网，使整个系统成本更低、性能更好，也为现场总线和以太网的结合寻找一种具体的方案。
嵌入式网关选用TMS320LF2407A芯片作为CPU控制RTL8029AS网卡的硬件组成，用软件实现了TCP／IP协议栈。论文的主要工作包括：
1．利用可编程逻辑器件实现了PCI主控接口，作为CPU访问网卡的桥梁，实现了系统对以太网帧数据的发送和接收。
2．将嵌入式操作系统μc／os-Ⅱ移植到TMS320LF2407A的处理器环境中，为网关完成复杂的协议转换提供了实时的内核。
3．设计了基于μc／os-Ⅱ操作系统的应用软件系统，实现了TCP／IP协议和CAN协议的解析与转换。
4．设计了监控软件对嵌入式网关的应用系统进行了运行监测，借助于网络诊断工具实现了嵌入式网关的性能测评。
嵌入式网关完成了对原有系统的改造，实现了局域网内主机对CAN网络各节点的访问，性能优于原有监控系统的指标。嵌入式网关的研究与应用为现场总线和以太网的结合提供了较好的思路，为现场总线的继续发展和以太网向设备底层的延伸找到了最好的结合点。
The paper introduces the development and applications of embedded CAN-bus/Ethernet gateway. To get the function of industrial computer& Can Adapter, CAN-bus/Ethernet gateway is to be developed. The gateway takes the CAN nodes into Ethernet and it makes cost of the monitor system lower and performance better.
Embedded CAN-bus/Ethernet gateway controls RTL8029AS NIC using TMS320LF2407A and realizes TCP/IP protocols in software. Main contents of the paper are as follows.
1. The design of PCI master interface using CPLD is introduced in this paper. The interface acts as a bridge between CPU and NIC. It realizes sending and receiving of Ethernet frame.
2. The migration of Operating system- u c/os-II on TMS320LF2407 is introduced in this paper. The RTOS provides a good software development environment for users.
3. The program of applications based onu c/os-II is described in the paper. The software realizes protocols converting.
4. The program of monitor software and using of sniffer tools are introduced. They help debug and test the gateway.
The gateway is used in reconstruction of a monitor system based on CAN-Bus and has good performance. The study and application of CAN-Bus/Ethernet gateway gives a better method for combination of f ieldbus and Ethernet. The introduction of these gateways brings development of fieldbus and Ethernet in industry control fields together in the future.
嵌入式网关选用TMS320LF2407A芯片作为CPU控制RTL8029AS网卡的硬件组成，用软件实现了TCP／IP协议栈。论文的主要工作包括：
1．利用可编程逻辑器件实现了PCI主控接口，作为CPU访问网卡的桥梁，实现了系统对以太网帧数据的发送和接收。
2．将嵌入式操作系统μc／os-Ⅱ移植到TMS320LF2407A的处理器环境中，为网关完成复杂的协议转换提供了实时的内核。
3．设计了基于μc／os-Ⅱ操作系统的应用软件系统，实现了TCP／IP协议和CAN协议的解析与转换。
4．设计了监控软件对嵌入式网关的应用系统进行了运行监测，借助于网络诊断工具实现了嵌入式网关的性能测评。
嵌入式网关完成了对原有系统的改造，实现了局域网内主机对CAN网络各节点的访问，性能优于原有监控系统的指标。嵌入式网关的研究与应用为现场总线和以太网的结合提供了较好的思路，为现场总线的继续发展和以太网向设备底层的延伸找到了最好的结合点。
The paper introduces the development and applications of embedded CAN-bus/Ethernet gateway. To get the function of industrial computer& Can Adapter, CAN-bus/Ethernet gateway is to be developed. The gateway takes the CAN nodes into Ethernet and it makes cost of the monitor system lower and performance better.
Embedded CAN-bus/Ethernet gateway controls RTL8029AS NIC using TMS320LF2407A and realizes TCP/IP protocols in software. Main contents of the paper are as follows.
1. The design of PCI master interface using CPLD is introduced in this paper. The interface acts as a bridge between CPU and NIC. It realizes sending and receiving of Ethernet frame.
2. The migration of Operating system- u c/os-II on TMS320LF2407 is introduced in this paper. The RTOS provides a good software development environment for users.
3. The program of applications based onu c/os-II is described in the paper. The software realizes protocols converting.
4. The program of monitor software and using of sniffer tools are introduced. They help debug and test the gateway.
The gateway is used in reconstruction of a monitor system based on CAN-Bus and has good performance. The study and application of CAN-Bus/Ethernet gateway gives a better method for combination of f ieldbus and Ethernet. The introduction of these gateways brings development of fieldbus and Ethernet in industry control fields together in the future.
引文
[1] 王成江，孙强．现场控制领域发展．三峡大学学报(自然科学版)，2002年10月，第24卷第5期：pp．401-405
[2] 陈秋良．现场总线控制系统总述．兵工自动化，2001年，第20卷第1期：pp．13-16
[3] 李嘉，杨佃福．引入以太网技术是现场总线技术发展的一个必然趋势．自动化仪表．2001年5月，第22卷第5期：pp．1-8
[4] 唐鸿儒，丁伟．现场控制网络技术展望．测控技术，2000年，第19卷第12期：pp．1-4
[5] Jane Pierre Thomesse. Fieldbuses and interoperability. Control Engineering Practice, 1997 (7): pp.81-94
[6] 冯冬芹，金建样，褚健．“工业以太网及其应用技术”讲座．自动化仪表，2003年6月，第24卷第6期：pp．65-70
[7] 顾洪军，张佐，吴秋峰．控制系统的网络化发展．工业仪表与自动化装置，2000年，第1期：pp．62-65
[8] 扬铭，万锡涛．现场总线与信息集成技术．新疆有色金属，2002年，第3期：pp．33-35
[9] S. Vitturi. On the use of Ethernet at low level of factory communication systems. Computer Standards & Interfaces 23 (2002) 267-277
[10] 成功，杨佃福，李嘉．以太网技术在现场总线中的应用和前景．计算机工程，2001年12月，第27卷第12期：pp．1-3
[11] 张学志，肖志怀，李朝晖．以太网与现场总线．工业控制计算机，2001年，第14卷第7期：pp．1-3
[12] 魏庆福．现场总线技术的发展与工业以太网总述．工业控制计算机，2002年，15卷1期：pp．1-5
[13] 张凤登，陆文华，程卫国．现场总线与电厂综合自动化系统集成技术．动力工程，2001年6月，第21卷第3期：pp．1267-1270
[14] 张继东，张卫东，许晓鸣．现场总线与以太网互联研究．计算机工程，2001年，第27卷第5期：PP．19-21
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[17] 孟昱，金心宇，张昱．基于高速以太网的基金会现场总线通信会话层的设计与实现．工业控制计算机，2002年，第5卷第7期：pp．9-11
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