CAN與以太網數據交換的研究與分析

摘要：主要介紹將CAN現場總線以協議中的標準模式接入以太網的方法，實現CAN網絡中的數據和以太網中的數據進行簡單交換；給出相應的硬件和軟件原理以及重點難點說明。

    關鍵詞：CAN總線 以太網 數據交換 TCP/IP協議 BasicCAN模式

1 技術背景

CAN（Controller Area Network——控制器局域網）是一種由帶CAN控制器組成高性能串行數據局域通信網絡，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。它最早由德國Bosch公司推出，用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線規范已被ISO估計標準組織制定為國際標準。由于其具有多主機、傳輸距離遠（最遠為10km）、傳輸速度快（最快為1Mbps）、抗干擾能力強等諸多優點，所以被認為是最有發展前途的現場總線之一。

CAN協議是建立在國際標準組織的開放系統互連模型基礎上的。1991年9月，Philips Semiconductors制定并發布的CAN技術規范Version2.0為現行最高版本。其中規定了兩種模式：標準模式和擴展模式。本文主要對標準模式進行介紹。

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol——傳輸控制協議/網絡協議）是一個工業標準的協議集，包括IP、TCP、UDP等子協議，保證數據在網絡上的正確傳輸。TCP/IP協議是現代因特網的基礎。

TCP/IP協議為四層模型：應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。每層都有不同的功能，而且層和層之間在邏輯上是相互獨立的。每層都對應一些子協議，如圖1所示。本文用到的協議包括ARP、IP和TCP等。

2 應用背景

CAN總線在很多行業被廣泛應用。由其組成的局域網可以將很多底層測控設備連接起來，最遠距離可達10km(在不接中繼器的條件下)。相對其它現場總線，該距離已經是很遠了。但隨著以太網的發展，人們希望對底層設備也能進行真正意義上的遠程控制。工控機加接口卡已經被用來實現這一目的，但價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、CAN器件和網絡芯片為核心的模塊來完成該功能進行敘述的。這種方案降低了成本，避免了瓶頸。

3 硬件部分

硬件的實現方案有多種，可以采用集成TCP/IP協議的單片機外加CAN收發器和控制器；也可采用集成CAN控制器的單片機外加CAN收發器和網絡芯片。本文的實例采用不帶任何集成的單片機Philips P89C668，外加CAN控制器SJA1000、CAN收發器TJA1050以及網絡芯片RTL8019AS，組成一個轉換模塊，功能模塊如圖2所示。

    P89C668：微控制器，主要的控制部分，實現對網絡芯片以及CAN器件的控制，并進行兩者之間的協議轉換。

SJA1000：CAN控制器，兩種工作模式（BasicCAN和PeliCAN）。BasicCAN僅支持標準模式，PeliCAN支持CAN2.0B的標準模式和擴展模式（本文僅介紹BasicCAN模式）。支持錯誤分析功能，對CAN收發器進行控制，為微控制器提供了控制CAN總線的簡單接口。

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