基于ARM9的CAN-Ethernet通信协议转换器设计与实现

摘要

通讯协议转换器是自动控制行业中复杂的网络协议之间的数据交换需求催生的必然产物，自动控制（Automatic Control）是指在没有人直接参与情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程中的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制的效率。在传统的自动控制行业中，使各种机器和设备能协同按照设定的参数去运行就必须依靠一定的网络协议进行会话，现在业界最常用到就是控制器局域网络 CAN(Controller Area Network)和以太网（Ethernet）协议群，还有一些设备必备的串行通讯协议RS-232和RS-485等，各上位机和各设备之间通过CAN协议，Ethernet协议，串行通讯协议完成数据交换和参数下发等工作，这些运行不同协议的设备在一个自动控制网里运行，这样就势必牵扯到协同工作的问题，此种情况下就催生了CAN-Ethernet等几种网络协议数据转换的需求，第一代的CAN-Ethernet通讯协议转换器采用386的硬件架构，8位总线技术，已经不能负荷现在日新月异的数据增量和需求，制约了设备之间效率的提高和算法的发展，这样开发新一代转换器就是势在必行了，本文研究的新一代系统采用ARM的硬件架构，32位总线技术来实现。
　　该系统和第一代通讯协议转换器系统比，优势在于运算速度快，数据吞吐量大，由于采用基于μC/OS-II嵌入式实时操作系统，所以稳定性、可扩展性都大大提高，并能够做到对采集到的数据进行计算、分析，存储并转发，这样就可以减少上位机和 CAN网协议设备的运行负荷，提高了各设备的工作效率，同时也降低了维护成本。
　　本系统已经通过了测试阶段，正在准备往现场实际部署。在测试阶段中本系统可以正常稳定的运行，前端采集各个控制设备的数据，加密后传输给各个上位机，不仅提高了整个系统的运行速度和效率，也保证系统数据的安全可靠。这样整个企业的自控系统的数据整合度和安全性都大大提高，对自动控制网络的发展具有一定的参考作用和实际意义。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外发展状况

1.3 研究目标和意义

1.4 论文结构安排

1.5 本章小结

第二章 通讯协议转换器技术基础

2.1 工业以太网技术

2.2 CAN介绍

2.3 RTOS概念及μC/OS介绍

2.4 通讯协议转换器数据传输网络结构

2.5 通讯协议转换器在铝电解厂中应用

2.6 本章小结

第三章 通讯协议转换器硬件设计

3.1 通讯协议转换器总体设计

3.2 系统各模块硬件设计

3.3 本章小结

第四章 基于μC/OS在ARM9中移植

4.1 ARM概述

4.2μC/OS版本选择与分析

4.3μC/OS-II系统移植

4.4 本章小结

第五章 基于μC/OS的通讯协议转换器程序实现

5.1 目标板初始化及参数配置

5.2 系统各个任务程序设计

5.3 系统主函数

5.4 本章小结

第六章 通讯协议转换器现场测试和分析

6.1 测试概要

6.2 测试内容及执行情况

6.3 缺陷统计与分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献