橋連方式在以太網(wǎng)與CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用研究

摘 要：以太網(wǎng)與CAN總網(wǎng)由于數(shù)據(jù)協(xié)定的不同而不能進(jìn)行直接的互聯(lián)。在實(shí)際的操作過程中需要必要的軟硬件配套建設(shè)來實(shí)現(xiàn)二者的互通。在具體的設(shè)計(jì)過程中包括物理層的設(shè)計(jì)。本文以此為角度對具體橋連模式與軟硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，希望通過本文的研究能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供必要的理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；CAN協(xié)定；橋連

中圖分類號：TP273

在現(xiàn)代企業(yè)管理以及現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)過程中，企業(yè)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)尤其是涉及具體生產(chǎn)流程的計(jì)算機(jī)往往是通過以太網(wǎng)的方式進(jìn)行連接的。此種連接方式能夠極大的提高連接的速度，同時(shí)還能夠?qū)σ蕴W(wǎng)內(nèi)部的信息流進(jìn)行必要的保護(hù)，時(shí)期不因?yàn)橥獠砍绦蚺c軟件而受到具體的影響，同時(shí)還能夠保障數(shù)據(jù)流在一定的框架內(nèi)進(jìn)行共享，避免了外網(wǎng)對電子設(shè)備數(shù)據(jù)安全的影響。而在實(shí)際的應(yīng)用過程中此種以太網(wǎng)往往是通過計(jì)算機(jī)的EPP接口來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，此種信息互通 的實(shí)現(xiàn)一方面具有一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，但是在其具體的使用過程中由于維護(hù)困難等問題而備受關(guān)注。利用橋連的方式對以太網(wǎng)進(jìn)行物理建設(shè)，使其網(wǎng)絡(luò)通訊與CAN協(xié)議互轉(zhuǎn)，進(jìn)而形成一種以太網(wǎng)與CAN總線網(wǎng)關(guān)互聯(lián)的方式對其實(shí)際的應(yīng)用具有一定的意義與價(jià)值。

1 橋連系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從宏觀的角度來看橋連系統(tǒng)則是在以太網(wǎng)與CAN協(xié)議中間建立一個(gè)數(shù)據(jù)緩存與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的硬件環(huán)境。從硬件的角度則需要采用大容量的RAM來進(jìn)行具體的實(shí)現(xiàn)，由于在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與橋連的過程中需要相應(yīng)的軟件來進(jìn)行支持，因此在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)定過程中還需要對RAM進(jìn)行集成處理。在具體的額實(shí)現(xiàn)過程中可以選用RTL8019芯片來實(shí)現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)與信息溝通。在具體的橋連過程中主要分為了如下三個(gè)步驟，第一步驟是對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的集成搜集。利用RAM的緩存作用對特定時(shí)段或者規(guī)定時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的搜集，在搜集的過程中可以通過時(shí)間覆蓋的方式來進(jìn)行。第二步驟，錄用芯片對緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在處理的過程中依據(jù)CAN數(shù)據(jù)協(xié)定的總框架來進(jìn)行。第三步驟是對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，此種緩存與上述步驟中的數(shù)據(jù)緩存相同采用時(shí)間覆蓋的形式來降低系統(tǒng)壓力與緩存空間。供后續(xù)的can總網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用。

2 橋連系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)是在RLT8019芯片的基礎(chǔ)上對不同的信息處理原件進(jìn)行連接的方式來進(jìn)行。在具體的設(shè)計(jì)過程中，電路中36腳～43腳為數(shù)據(jù)輸入輸出口直接連接到單片機(jī)P0口。RTL8019AS有三個(gè)分別反映其工作狀態(tài)的輸出腳，分別LED0、LED1、LED2，分別輸出網(wǎng)絡(luò)的連接性、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)；IOCS16是16位或8位I/O的選擇腳，當(dāng)上電復(fù)位的時(shí)，該引腳為低電平時(shí)，網(wǎng)卡將選擇8位模式，為高電平時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制器將選擇16位的模式，電路用了個(gè)電阻R9（27K）下拉，在復(fù)位時(shí)引腳為低電平，因此網(wǎng)卡選擇8位模式。由于RTL8019AS每個(gè)引腳（除AEN外）內(nèi)部都有100K的下拉電阻置地，故當(dāng)各引腳懸空時(shí)內(nèi)部檢測為低電平，85腳、84腳、82腳、81腳分別懸空，從而選擇了基地址300H，因此電路擴(kuò)展就要以此為基準(zhǔn)來進(jìn)行配置，RTL8019AS地址線A19～A10固定接地，A9、A8定接P2.5作為地址選擇端有單片機(jī)來控制而不是用34腳AEN（直接接地）來作為地址選擇斷，將A7，A6，A5固定接地，A4～A0要根據(jù)所要訪問的RTL8019AS寄存器地址不同而不同，從而由P89C668的P2.0～P2.4來選擇RTL8019300H～31FH，因此對應(yīng)P2口地址線變化范圍為0xE0--0xFF，由于僅有P2口來選擇地址，而P0口并沒有參與地址編址電路中單片機(jī)對RTL8019AS的尋址I/O并不是連續(xù)，程序中分別定義Reg00～Reg1F來分別對應(yīng)300H～31FH端口，在具體的命令定義過程中則采用標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)形式來進(jìn)行。如#define-reg07 XBSGRNF[0*e00]/3000H*（EC0000001）等

3 橋連系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件的總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的主要目的是將以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)通過CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換的形式與總網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)。此種互聯(lián)方式在保障了原有以太網(wǎng)運(yùn)行的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)對以太網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)調(diào)用與上傳的功能。通過設(shè)計(jì)目的我們可以發(fā)現(xiàn)軟件主要需要實(shí)現(xiàn)兩種功能，一種是對以太網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換使其能夠被CAN協(xié)議下的網(wǎng)絡(luò)調(diào)用；另一方面則是要求通過CAN協(xié)議傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能夠轉(zhuǎn)換成為以太網(wǎng)內(nèi)有效的數(shù)據(jù)流，進(jìn)而對以太網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行指揮與數(shù)據(jù)上傳工作?；谀康脑谲浖目傮w設(shè)計(jì)方面應(yīng)該包括三種程序：

第一是TCP/IP協(xié)議。在此協(xié)議的設(shè)計(jì)過程中需要通過將以太網(wǎng)整體映射成為總網(wǎng)下的一個(gè)物理IP地址，并通過此IP地址模擬出總網(wǎng)條件下的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，而后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)流程協(xié)定均是在此數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的條件下所進(jìn)行的。同時(shí)在此協(xié)定的作用下將以太網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)連接以及物理硬件整合成為CAN協(xié)議下的單一整體，這對于后續(xù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)必然因素。

第二是IP協(xié)定。此協(xié)定是在TCP/IP的基礎(chǔ)下來完成相應(yīng)工作的。通過上述的建設(shè)將以太網(wǎng)整合成為一個(gè)獨(dú)立的物理IP。通過IP協(xié)定來在CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下對整體形勢的以太網(wǎng)進(jìn)行IP分配，并保障其具有IP的獨(dú)立性。此協(xié)定充分的規(guī)范了數(shù)據(jù)傳輸過程中的流向問題，并同時(shí)采用IP限制的方式對固定IP內(nèi)的數(shù)據(jù)共享模式與數(shù)據(jù)流向限制提供了必要的保障。

第三是ICMO協(xié)定。此協(xié)定是通過一種ICMO的協(xié)同方式將IP建立與CAN總網(wǎng)的模式下，并形成一種基于固定模式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式。這種方式下允許網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在一定硬件的支持下進(jìn)行段時(shí)間存取，并在一定的操作流程下進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)覆蓋。通過此協(xié)定，不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)可以達(dá)到有效互通的效果，同時(shí)還可以在中間媒介上進(jìn)行一定數(shù)據(jù)量的操作延時(shí)。

3.2 CAN總線擴(kuò)展協(xié)定設(shè)計(jì)

在以太網(wǎng)與CAN總線之間進(jìn)行數(shù)據(jù)流通的過程中最為主要的問題是二者對于數(shù)據(jù)包大小的兼容性不同。以太網(wǎng)默認(rèn)的數(shù)據(jù)包大小在5m以下，而CAN總線則一般不超過64k，這種差距也是導(dǎo)致了二者不能夠直接進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)的根本原因。在具體的軟件設(shè)計(jì)過程中必須根據(jù)軟件緩存的處理功能對其據(jù)書包進(jìn)行必要的幀數(shù)降低。此種幀數(shù)降低主要在物理層進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。具體的實(shí)現(xiàn)方法通過如下幾個(gè)步驟來進(jìn)行。第一，采用PeliCAN模式對尋址標(biāo)識進(jìn)行必要的降低。在以太網(wǎng)模式下數(shù)據(jù)包的尋址標(biāo)識為29位，其中有8位為以太網(wǎng)所特有的。利用相關(guān)的協(xié)定將尋址標(biāo)識降低為14位能夠有效的對數(shù)據(jù)包大小進(jìn)行限制；第二，對分段符的減緩。在以太網(wǎng)中采用2位二進(jìn)制的方式對分段符進(jìn)行標(biāo)識，如Segpolo=01b標(biāo)識以太網(wǎng)數(shù)據(jù)中的第一段；而在CAN協(xié)定下則可以在數(shù)據(jù)前加1來表示數(shù)據(jù)的段落，此種標(biāo)識方式也能夠極大的降低數(shù)據(jù)包的大??；第三，功能碼的縮短。在以太網(wǎng)中功能碼采用8字符的編輯方式來進(jìn)行。而在轉(zhuǎn)換的過程中CAN總線模式采用5字節(jié)的方式對功能碼進(jìn)行標(biāo)識，此種標(biāo)識方式又可以降低以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流大小的一半左右。

4 結(jié)束語

以太網(wǎng)與CAN總網(wǎng)在必要的時(shí)候需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的互通，在數(shù)據(jù)互通的過程中二者所使用的不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)定對二者的數(shù)據(jù)傳輸與共享造成了一定的影響。而在實(shí)際的操作過程中往往通過橋連的方式來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的通信。本文以橋連設(shè)計(jì)為主要的研究方向，對橋連過程中的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體的闡述。希望通過本文的研究能夠?yàn)榻窈缶W(wǎng)絡(luò)的實(shí)際架設(shè)與研究提供必要的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李好陽.基于ARM的CAN與以太網(wǎng)信息轉(zhuǎn)換研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2010.

[2]洪熙聞.嵌入式Linux平臺下CAN總線與以太網(wǎng)互聯(lián)技術(shù)的研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

[3]孫白.基于嵌入式的以太網(wǎng)與CAN總線的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[D].大連海事大學(xué)，2008.

作者單位：江蘇省徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇徐州 221000