基于嵌入式TCP/IP协议栈的CAN总线应用

论文摘要

CAN总线属于现场总线的一种，已经在众多的工业领域得到广泛的应用。而以TCP／IP协议为基础的Internet现在已经不仅仅限于连接普通的计算机，也开始向工业领域发展。基于上述现状，在实验室条件下，本文实现了一种CAN总线与以太网的连接方案。该方案是以嵌入式网关为基础，向上连接Internet，向下连接现场设备，并实现对设备的监控。 本文所实现的系统，在硬件上，利用W78E516B单片机为核心构建了嵌入式网关，其中包括以RTL8019AS为控制芯片的以太网接口，以SJA1000为控制芯片的CAN总线接口以及RS232串口。在软件设计上，由于要实现嵌入式TCP／IP协议栈，对系统的实时性有较高的要求，因此采用嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ做为软件甲台，并完成了μC／OS-Ⅱ在W78E516B上的移植，网卡驱动程序、CAN总线驱动程序的开发。由于嵌入式实时操作系统μC／OS-Ⅱ中并没有包含TCP／IP组件，因此，本文采用了uIP这个精简的TCP／IP协议栈，将其应用到μC／OS-Ⅱ中，实现了嵌入式TCP／IP协议栈。 本文在应用网络技术、计算机接口技术、嵌入式系统技术的基础上，实现了CAN总线与以太网的互联，使得在以太网上就可以对CAN总线的数据进行收发，并监控CAN总线上的设备。在实验室现有条件下，建立了模型实验系统，进行了调试，实现了上述功能，为实际船舶网络检测系统的应用，打下技术基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 嵌入式操作系统
• 1.2.1 嵌入式系统
• 1.2.2 嵌入式实时操作系统
• 1.3 嵌入式TCP/IP协议
• 1.4 CAN总线技术
• 1.4.1 CAN总线的特点
• 1.4.2 CAN总线的分层结构
• 1.5 CANETHERNET网关的实现办法
• 1.6 本文主要研究内容和结构
• 1.6.1 本文主要研究内容
• 1.6.2 本文结构
• 第2章 硬件系统设计
• 2.1 主控芯片W78E516B的功能
• 2.2 存储器扩展电路
• 2.3 以太网接口模块
• 2.3.1 RTL8019AS介绍
• 2.3.2 RTLS019AS的硬件电路
• 2.3.3 网隔电路
• 2.4 CAN总线接口模块
• 2.4.1 CAN控制器SJA1000
• 2.4.2 CAN总线收发器PCA82C250
• 2.4.3 SJA1000的硬件接口电路
• 2.4.4 CAN总线控制器与CAN总线收发器的连接电路
• 2.5 串口设计
• 2.6 本章小节
• 第3章 驱动程序开发及μC/OS-Ⅱ在硬件平台上的移植
• 3.1 RTL8019AS驱动程序的实现
• 3.1.1 网卡芯片的初始化
• 3.1.2 网卡芯片发送函数
• 3.1.3 网卡芯片接收函数
• 3.2 SJA1000驱动程序的实现
• 3.2.1 SJA1000初始化
• 3.2.2 SJA1000发送函数
• 3.2.3 SJA1000接收函数
• 3.3 实时多任务内核μC/OS-Ⅱ
• 3.3.1 μC/OS-Ⅱ特点
• 3.3.2 μC/OS-Ⅱ的体系结构
• 3.3.3 μC/OS-Ⅱ的任务
• 3.4 μC/OS-Ⅱ的移植
• 3.4.1 STARTUP.A51的修改
• CPU.H文件的修改'>3.4.2 OS_CPU.H文件的修改
• CPU_C.C文件的修改'>3.4.3 OS_CPU_C.C文件的修改
• CPU_A.ASM文件的修改'>3.4.4 OS_CPU_A.ASM文件的修改
• 3.5 本章小节
• 第4章 协议的具体实现
• 4.1 CANETHERNET网关要实现的协议
• 4.1.1 CAN协议及其原理
• 4.1.2 TCP/IP协议
• 4.2 μIP TCP/IP协议栈
• 4.3 协议的具体实现
• 4.3.1 ARP协议的实现
• 4.3.2 IP协议的实现
• 4.3.3 ICMP协议的实现
• 4.3.4 TCP协议的实现
• 4.3.5 CAN协议的实现
• 4.4 基于μC/OS-Ⅱ的软件设计
• 4.5 本章小节
• 第5章 基于嵌入式TCP/IP协议栈的应用
• 5.1 CAN总线数据采集任务
• 5.2 嵌入式TCP/IP协议栈应用
• 5.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 附录 PCB板
• 攻读学位期间公开发表论文
• 攻读硕士学位期间参加导师主持的科研项目
• 致谢
• 研究生履历