多通道CAN-Ethernet嵌入式网关的设计与实现

论文摘要

现场总线测控技术以其全数字、全分散、全开放的特点,正逐步取代传统的控制方案,发展成为二十一世纪自动控制的主体。作为现场总线之一的CAN总线集多种优越性于一身,广泛应用于于汽车工业、过程控制、纺织机械、农用机械、机器人、医疗器械等领域,越来越多的工业设备采用CAN总线联网,组成分布式控制系统。以太网（Ethernet）是目前广泛使用的一种局域网,以TCP/IP协议为基础的以太网具有远距离传输、通讯和方便快捷的特点,不仅广泛地应用在商业领域中,而且还进入了工业设备领域。工业设备接入以太网在很大程度上提高了控制系统的分布性。因此设计一个多通道CAN与Ethernet的嵌入式网关实现现场测控网络与以太网的通信,具有十分重要的意义。论文详细介绍了CAN总线及Ethernet的通信协议,并对CAN总线与Ehernet的接口技术以及两个网络的信息交换技术进行了研究。硬件设计包括CAN总线和以太网总线的数据收发电路,ARM处理器分别与八路CAN控制器SJA1000的接口电路设计,以及ARM与以太网控制器DM9000A的接口电路设计。软件部分是在Linux平台下开发的,主要完成Linux在S3C2440A微处理器上的移植;再在Linux环境下,编写基于嵌入式Linux操作系统的CAN的驱动程序、应用程序;最后本文还采用VC++开发了网关上位机的用户程序,具有工作方式的设置和功能测试等功能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究背景与意义
• 1.3 国内外研究现状与发展方向
• 1.3.1 CAN 总线的发展与应用
• 1.3.2 以太网的发展与应用
• 1.4 本课题的目标和主要工作内容
• 第二章 网关模型及网关协议介绍
• 2.1 控制器局域网CAN
• 2.1.1 CAN 网络模型
• 2.1.2 CAN 总线的物理层
• 2.1.3 CAN 的链路层
• 2.1.4 CAN 的数据帧结构
• 2.1.5 CAN 总线的通信机制
• 2.2 以太网
• 2.2.1 以太网网络模型
• 2.2.2 以太网的工作原理及CSMA/CD 技术
• 2.2.3 以太网帧结构
• 2.3 TCP/IP 协议
• 2.3.1 TCP/lP 协议栈主要协议
• 2.3.2 TCP/IP 数据封装格式
• 2.4 网关模型和协议转换思路
• 第三章 网关系统总体方案和硬件设计
• 3.1 系统总体方案
• 3.2 ARM 处理器电路设计
• 3.3 CAN 通信接口设计
• 3.3.1 CAN 控制器SJA1000
• 3.3.2 总线时序分析
• 3.3.3 接口转换模块设计
• 3.3.4 CAN 总线收发器电路设计
• 3.4 以太网总线接口电路设计
• 3.5 总结
• 第四章 嵌入式Linux 操作系统的移植
• 4.1 嵌入式Linux 操作系统
• 4.1.1 嵌入式Linux 操作系统的介绍
• 4.1.2 嵌入式Linux 系统的架构
• 4.1.3 嵌入式系统的开发模式
• 4.2 交叉编译环境的建立
• 4.3 U-boot 代码分析及移植
• 4.3.1 BootLoader 概述
• 4.3.2 U-boot 移植
• 4.3.3 U-boot 编译及启动
• 4.4 Linux 2.6 系统移植
• 4.4.1 Linux 内核文件修改
• 4.4.2 内核配置与编译
• 4.5 根文件系统建立
• 4.6 嵌入式Linux 启动
• 4.7 本章小节
• 第五章 系统设备驱动程序开发
• 5.1 Linux 设备驱动程序
• 5.1.1 Linux 设备驱动程序简介
• 5.1.2 驱动程序实现的方法和主要模块
• 5.1.3 CAN-Ethernet 设备驱动模块
• 5.2 网络设备驱动程序
• 5.2.1 Linux 网络设备驱动框架
• 5.2.2 DM9000A 网卡设备驱动程序移植
• 5.3 CAN 总线Linux 驱动程序的实现
• 5.3.1 CAN 设备地址分配
• 5.3.2 CAN 总线设备驱动基本概念
• 5.3.3 CAN 总线驱动程序开发
• 第六章 应用程序设计
• 6.1 Socket 编程接口及相关概念
• 6.1.1 Socket 相关概念
• 6.1.2 Socket 接口相关函数及调用过程
• 6.2 CAN-Ethernet 网关应用程序设计
• 6.2.1 CAN-Ethernet 网关应用程序连接模型
• 6.2.2 CAN-Ethernet 网关应用程序
• 6.3 基于Windows 系统客户机应用程序设计
• 6.3.1 Visual C++开发环境
• 6.3.2 客户机端应用程序的实现
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文
• 附录1 CAN-Ethernent 网关硬件线路图
• 附录2 CAN-Ethernent 网关实物图
• 致谢