基于RT-Thread的嵌入式CAN-Ethernet网关设计与实现

发布时间：2020-11-05 10:27

　　 随着船舶机舱自动化的发展,对船舶机舱自动化系统的要求也越来越高。除了要进行实时控制,还要需要实时显示设备状态、传感器的信息等。因此,构建船舶机舱自动化系统需要越来越多的,各种各样的嵌入式设备。嵌入式CAN-Ethernet网关是船舶机舱自动化系统至关重要嵌入式设备,它实现了CAN总线协议与以太网协议的双向转换,使采用CAN现场总线设计的下层监控网络可以顺利地与采用Ethernet网络设计的上层监控系统进行数据交互。因此,本论文主要研究了CAN总线与以太网间的嵌入式CAN-Ethernet网关的设计与实现。本文探讨了CAN总线的特点、帧结构和访问方式,介绍了以太网的技术特点、帧结构和主要协议,分析了嵌入式CAN-Ethernet网关设计与实现中的关键技术,提出了基于LPC2378微控制器为核心的嵌入式CAN-Ethernet网关的设计开发方案。LPC2378是基于ARM7TDMI内核的32位工业级微处理器,自带有CAN控制器和以太网控制器,大大减少了硬件电路设计要求,降低了产品成本。本文介绍了嵌入式CAN-Ethernet网关的硬件电路设计,在LPC2378工业微处理器上移植了开源嵌入式实时操作系统RT-Thread,大大降低了软件的开发成本、时间和复杂度;同时完成了RT-Thread下以太网驱动以及CAN驱动的编写,并设计了嵌入式CAN-Ethernet网关的应用程序,完成了一个完整产品的开发。嵌入式CAN-Ethernet网关是构建船舶机舱自动化系统的关键环节,它的成功研制对提高我所产品竞争力具有一定的意义。嵌入式CAN-Ethernet网关已经通过了CAN总线协议与以太网协议相互转换的功能性测试。结果表明,它能够满足船舶机舱自动化系统的技术要求,运行可靠、稳定。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：U664.821
【部分图文】：

第二章 嵌入式 CAN-Ethernet 网关实现的相关技术背景.1.2 CAN 总线报文帧格式CAN 技术规范包括 A 和 B 两个部分，CAN2.0A 规范规定的报文格式称为标准帧式。而 CAN2.0B 规范则规定了 2 种报文格式，一种是与 CAN2.0A 兼容的标准格的报文帧，另一种是具有扩展格式的报文帧，他们唯一的不同是标识符(ID)长不同，标准格式(CAN2．0A)为 11 位，扩展格式(CAN2．OB)为 29 位。CAN 总线报文传输有 4 种不同类型的帧，数据帧、远程帧、错误帧和过载帧。据帧用于发送器和接收器之间传输数据。远程帧用于请求其他节点发送具有同标识符的数据帧。任何节点检测到总线错误就发出错误帧。过载帧用于在当前后续的数据帧或远程帧之间，提供附加的延时。下面主要介绍一下数据帧和远帧的报文格式。(1) 数据帧数据帧由 7 个不同的位场组成，即帧起始(Start Of Frame)、仲裁域(Arbitrationield)、控制域(Control Field)、数据域(Data Field)、CRC 域(CRC Field)、应答域(ACKield)和帧结尾(End Of Frame)7 个部分组成。具体格式如图 1 所示。

第二章 嵌入式 CAN-Ethernet 网关实现的相关技术背景方案；(6) 以太网支持传输介质类型有 50Ω基带同轴电缆、无屏蔽双绞线和光纤；(7) 以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型；(8) 有多种以太网标准，传输速率：10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s；(9) 以太网是可变长帧，长度为：64bytes-1514bytes；(10) 以太网技术先进，又很简单，这是它获得成功的主要原因；(11) 以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。2.2.2 以太网帧结构以太网上发送的数据是按一定格式进行的，并将此数据格式称为帧[13][14]。在 TCP/IP 中，以太网 IP 数据报文封装是在 RFC 894[Hornig 1984]中定义的，而 IEEE 802 网络的 IP 数据报文封装是在 RFC 1042[Postel and Reynolds 1988]中定义的。图 3 显示了两种封装定义的相互关系：

图 4 RT-Thread 系统结构图[17]Fig.4 The system structure of RT-Thread(6) 支持多种编译器。如 Keil MDK armcc 编译器、GNU gcc 编译器以及 编译器；(7) 内核精简、高效、稳定，同时也经过了商业产品考验。国内已有两家把 RT-Thread 使用于自己的产品中。(8) 开放源代码，商业应用许可宽松，可免费地在商业产品中使用。RT-T GPL-V2 发布，并且承诺永久不会针对使用 RT-Thread 收费，用户只需T-Thread 的 LOGO 既可。之所以选择 RT-Thread 嵌入式实时操作系统主要考虑以下几个方面：(1) 可配置，裁剪性强RT-Thread 从开始就被设计为一个宽范围可用的系统，从资源极度紧张到一个带内存管理单元，网络功能的基本计算机单元，因此，配置和裁T-Thread 的重点。首先，RT-Thread 内核外部的各种功能组件可以自由选择。如文件系统，，设备管理系统，SHELL 系统都可以根据需要自由配置。此外，RT-T
【共引文献】

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本文编号：2871508