本文關鍵詞：雙網冗余CAN-以太網網關的設計與實現，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現場總線CAN是一種支持分布式和實時性控制的串行通信網絡,其作為工業(yè)現場總線的非常重要的一員,具有可靠、實用、靈活和經濟等特點,目前已經在自動化、車輛、船舶等諸多領域得到廣泛使用,并且現已形成了國際標準。同時,隨著以太網和工業(yè)生產自動化水平的提高,越來越多的企業(yè)通過以太網連接工業(yè)現場實現全面可控性,因此,以太網與現場總線CAN的互聯(lián)通信成為大勢所趨,對于實現上層控制管理網與底層總線網絡具有非常重要的推廣價值和現實意義。隨著互聯(lián)網技術與船舶自動化技術深入結合,為了使船舶控制系統(tǒng)實現現場控制網與上層管理網的無縫連接和整個系統(tǒng)數據傳輸的可靠性,系統(tǒng)平臺采用雙CAN總線+以太網的網絡架構,需實現嵌入式CAN-以太網網關兩種異型網絡的冗余通信,并針對冗余CAN總線網絡拓撲發(fā)現的可靠性問題,提出了一種基于丟包過程的并行冗余網絡協(xié)議。因而,本文研究了雙網冗余CAN-以太網網關的設計與實現,具有一定的理論和實踐意義。具體工作包括：(1)論文分析了雙網冗余CAN-以太網網關的功能：實現兩種異型網絡之間的數據透明交換,并保證數據傳輸的可靠性。分別對CAN總線和以太網技術在工業(yè)當中的應用特點進行介紹,并提出了網關的設計原理和總體實現方案,給出了網關的模型和軟件設計架構。(2)選用基于ARM-CM4內核的STM32F407處理器(由于該處理器集成了兩路CAN總線控制器和以太網控制器),擴展了以太網驅動接口電路和CAN總線驅動接口電路,CAN收發(fā)器選用SN65HVD230,以太網接口芯片選用DM9000A。設計雙CAN總線冗余系統(tǒng)電路,搭建了實驗硬件平臺。(3)基于ARM微處理器及其擴展器件的功能并進行軟件設計與實現。包括：在硬件平臺上移植FreeRTOS操作系統(tǒng),實現了CAN總線和以太網底層數據幀驅動,然后設計和實現互聯(lián)系統(tǒng)核心的轉換模塊和并行冗余協(xié)議,最后完成CAN總線到以太網網關的軟件編程、調試和測試,測試結果驗證了本設計的正確性。
【關鍵詞】：CAN總線 以太網 網關 冗余 PRP
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TP393.11
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 概述13-14
• 1.2 研究背景及意義14-15
• 1.3 國內外研究現狀及分析15-17
• 1.3.1 國內研究現狀分析15-16
• 1.3.2 國外研究現狀分析16-17
• 1.4 主要研究內容和論文架構17-19
• 第二章 CAN總線與以太網概述19-27
• 2.1 CAN總線概述19-22
• 2.1.1 CAN介紹19
• 2.1.2 CAN總線技術特點19-20
• 2.1.3 CAN總線的位仲裁技術20-21
• 2.1.4 CAN報文格式21-22
• 2.2 以太網技術概述22-26
• 2.2.1 以太網介紹22
• 2.2.2 以太網的工作原理22-23
• 2.2.3 IEEE 802.3網絡標準23-24
• 2.2.4 CSMA/CD技術24-25
• 2.2.5 以太網的幀格式25-26
• 2.3 本章小結26-27
• 第三章 CAN-以太網網關設備的總體設計27-32
• 3.1 系統(tǒng)設計概述27
• 3.2 設計原理與實現方案27-30
• 3.3 網關的模型30-31
• 3.4 軟件設計架構31
• 3.5 本章小結31-32
• 第四章 系統(tǒng)的硬件組成分析及設計32-44
• 4.1 系統(tǒng)硬件組成結構32-35
• 4.1.1 ARM處理器STM32F40732-33
• 4.1.2 電源電路33-34
• 4.1.3 調試接口設計34-35
• 4.2 以太網接口研究及設計35-37
• 4.2.1 以太網控制器結構和功能35-36
• 4.2.2 以太網接口電路36-37
• 4.3 CAN總線接口研究與設計37-43
• 4.3.1 CAN總線接口概述37-39
• 4.3.2 CAN總線收發(fā)器主要特點及引腳功能39-40
• 4.3.3 CAN總線收發(fā)器的工作模式和控制邏輯40-42
• 4.3.4 CAN總線接口電路42-43
• 4.4 本章小結43-44
• 第五章 系統(tǒng)軟件設計與實驗測試結果44-69
• 5.1 FreeRTOS系統(tǒng)概述44
• 5.2 FreeRTOS系統(tǒng)的移植44-45
• 5.3 CAN總線模塊軟件設計45-49
• 5.3.1 CAN總線模塊初始化45-47
• 5.3.2 CAN總線數據的發(fā)送47-48
• 5.3.3 CAN總線數據的接收48-49
• 5.4 以太網模塊軟件設計49-55
• 5.4.1 以太網控制器的初始化49-50
• 5.4.2 以太網數據的發(fā)送50-53
• 5.4.3 以太網數據的接收53-55
• 5.5 網關轉換協(xié)議的設計55-62
• 5.5.1 協(xié)議格式設計55-56
• 5.5.2 雙網冗余協(xié)議工作原理56-59
• 5.5.3 冗余協(xié)議功能設計與實現方案59-62
• 5.6 軟件設計流程62-64
• 5.7 系統(tǒng)測試與實驗結果64-68
• 5.7.1 測試環(huán)境64
• 5.7.2 系統(tǒng)調試64-65
• 5.7.3 實驗數據及分析65-68
• 5.8 本章小結68-69
• 總結與展望69-70
• 參考文獻70-73
• 攻讀學位期間發(fā)表論文73-75
• 致謝75

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