隨著船舶機(jī)艙自動(dòng)化的發(fā)展,對(duì)船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。除了要進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,還要需要實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)、傳感器的信息等。因此,構(gòu)建船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)需要越來(lái)越多的,各種各樣的嵌入式設(shè)備。嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)是船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)至關(guān)重要嵌入式設(shè)備,它實(shí)現(xiàn)了CAN總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的雙向轉(zhuǎn)換,使采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)的下層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可以順利地與采用Ethernet網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的上層監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。因此,本論文主要研究了CAN總線與以太網(wǎng)間的嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本文探討了CAN總線的特點(diǎn)、幀結(jié)構(gòu)和訪問(wèn)方式,介紹了以太網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)、幀結(jié)構(gòu)和主要協(xié)議,分析了嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù),提出了基于LPC2378微控制器為核心的嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)開發(fā)方案。LPC2378是基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位工業(yè)級(jí)微處理器,自帶有CAN控制器和以太網(wǎng)控制器,大大減少了硬件電路設(shè)計(jì)要求,降低了產(chǎn)品成本。本文介紹了嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)的硬件電路設(shè)計(jì),在LPC2378工業(yè)微處理器上移植了開源嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RT-Thread,大大降低了軟件的開發(fā)成本、時(shí)間和復(fù)雜度;同時(shí)完成了RT-Thread下以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)以及CAN驅(qū)動(dòng)的編寫,并設(shè)計(jì)了嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用程序,完成了一個(gè)完整產(chǎn)品的開發(fā)。嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)是構(gòu)建船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它的成功研制對(duì)提高我所產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力具有一定的意義。嵌入式CAN-Ethernet網(wǎng)關(guān)已經(jīng)通過(guò)了CAN總線協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議相互轉(zhuǎn)換的功能性測(cè)試。結(jié)果表明,它能夠滿足船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)要求,運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：U664.821
【部分圖文】：

第二章 嵌入式 CAN-Ethernet 網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)背景.1.2 CAN 總線報(bào)文幀格式CAN 技術(shù)規(guī)范包括 A 和 B 兩個(gè)部分，CAN2.0A 規(guī)范規(guī)定的報(bào)文格式稱為標(biāo)準(zhǔn)幀式。而 CAN2.0B 規(guī)范則規(guī)定了 2 種報(bào)文格式，一種是與 CAN2.0A 兼容的標(biāo)準(zhǔn)格的報(bào)文幀，另一種是具有擴(kuò)展格式的報(bào)文幀，他們唯一的不同是標(biāo)識(shí)符(ID)長(zhǎng)不同，標(biāo)準(zhǔn)格式(CAN2．0A)為 11 位，擴(kuò)展格式(CAN2．OB)為 29 位。CAN 總線報(bào)文傳輸有 4 種不同類型的幀，數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀。據(jù)幀用于發(fā)送器和接收器之間傳輸數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程幀用于請(qǐng)求其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送具有同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀。任何節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。過(guò)載幀用于在當(dāng)前后續(xù)的數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間，提供附加的延時(shí)。下面主要介紹一下數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)幀的報(bào)文格式。(1) 數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由 7 個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始(Start Of Frame)、仲裁域(Arbitrationield)、控制域(Control Field)、數(shù)據(jù)域(Data Field)、CRC 域(CRC Field)、應(yīng)答域(ACKield)和幀結(jié)尾(End Of Frame)7 個(gè)部分組成。具體格式如圖 1 所示。

第二章 嵌入式 CAN-Ethernet 網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)背景方案；(6) 以太網(wǎng)支持傳輸介質(zhì)類型有 50Ω基帶同軸電纜、無(wú)屏蔽雙絞線和光纖；(7) 以太網(wǎng)所構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是總線型和星型；(8) 有多種以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率：10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s；(9) 以太網(wǎng)是可變長(zhǎng)幀，長(zhǎng)度為：64bytes-1514bytes；(10) 以太網(wǎng)技術(shù)先進(jìn)，又很簡(jiǎn)單，這是它獲得成功的主要原因；(11) 以太網(wǎng)技術(shù)成熟，價(jià)格低廉、易擴(kuò)展、易維護(hù)、易管理。2.2.2 以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)上發(fā)送的數(shù)據(jù)是按一定格式進(jìn)行的，并將此數(shù)據(jù)格式稱為幀[13][14]。在 TCP/IP 中，以太網(wǎng) IP 數(shù)據(jù)報(bào)文封裝是在 RFC 894[Hornig 1984]中定義的，而 IEEE 802 網(wǎng)絡(luò)的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)文封裝是在 RFC 1042[Postel and Reynolds 1988]中定義的。圖 3 顯示了兩種封裝定義的相互關(guān)系：

圖 4 RT-Thread 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[17]Fig.4 The system structure of RT-Thread(6) 支持多種編譯器。如 Keil MDK armcc 編譯器、GNU gcc 編譯器以及 編譯器；(7) 內(nèi)核精簡(jiǎn)、高效、穩(wěn)定，同時(shí)也經(jīng)過(guò)了商業(yè)產(chǎn)品考驗(yàn)。國(guó)內(nèi)已有兩家把 RT-Thread 使用于自己的產(chǎn)品中。(8) 開放源代碼，商業(yè)應(yīng)用許可寬松，可免費(fèi)地在商業(yè)產(chǎn)品中使用。RT-T GPL-V2 發(fā)布，并且承諾永久不會(huì)針對(duì)使用 RT-Thread 收費(fèi)，用戶只需T-Thread 的 LOGO 既可。之所以選擇 RT-Thread 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要考慮以下幾個(gè)方面：(1) 可配置，裁剪性強(qiáng)RT-Thread 從開始就被設(shè)計(jì)為一個(gè)寬范圍可用的系統(tǒng)，從資源極度緊張到一個(gè)帶內(nèi)存管理單元，網(wǎng)絡(luò)功能的基本計(jì)算機(jī)單元，因此，配置和裁T-Thread 的重點(diǎn)。首先，RT-Thread 內(nèi)核外部的各種功能組件可以自由選擇。如文件系統(tǒng)，，設(shè)備管理系統(tǒng)，SHELL 系統(tǒng)都可以根據(jù)需要自由配置。此外，RT-T
【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2871508