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多通道CAN-Ethernet嵌入式网关的设计与实现

作　者: 杨晔
导　师: 曲波
学　校: 苏州大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 以太网 TCP/IP协议栈 控制器局域网 嵌入式Linux ARM
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 138次
引　用: 2次
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内容摘要


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。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 课题的研究背景与意义  9-11
  1.3 国内外研究现状与发展方向  11-13
    1.3.1 CAN 总线的发展与应用  11-12
    1.3.2 以太网的发展与应用  12-13
  1.4 本课题的目标和主要工作内容  13-15
第二章 网关模型及网关协议介绍  15-32
  2.1 控制器局域网CAN  15-20
    2.1.1 CAN 网络模型  15-16
    2.1.2 CAN 总线的物理层  16-17
    2.1.3 CAN 的链路层  17-18
    2.1.4 CAN 的数据帧结构  18-19
    2.1.5 CAN 总线的通信机制  19-20
  2.2 以太网  20-25
    2.2.1 以太网网络模型  21-22
    2.2.2 以太网的工作原理及CSMA/CD 技术  22-23
    2.2.3 以太网帧结构  23-25
  2.3 TCP/IP 协议  25-29
    2.3.1 TCP/lP 协议栈主要协议  26-28
    2.3.2 TCP/IP 数据封装格式  28-29
  2.4 网关模型和协议转换思路  29-32
第三章 网关系统总体方案和硬件设计  32-43
  3.1 系统总体方案  32
  3.2 ARM 处理器电路设计  32-33
  3.3 CAN 通信接口设计  33-40
    3.3.1 CAN 控制器SJA1000  33-35
    3.3.2 总线时序分析  35-37
    3.3.3 接口转换模块设计  37-38
    3.3.4 CAN 总线收发器电路设计  38-40
  3.4 以太网总线接口电路设计  40-42
  3.5 总结  42-43
第四章 嵌入式Linux 操作系统的移植  43-59
  4.1 嵌入式Linux 操作系统  43-46
    4.1.1 嵌入式Linux 操作系统的介绍  43
    4.1.2 嵌入式Linux 系统的架构  43-45
    4.1.3 嵌入式系统的开发模式  45-46
  4.2 交叉编译环境的建立  46
  4.3 U-boot 代码分析及移植  46-51
    4.3.1 BootLoader 概述  46-47
    4.3.2 U-boot 移植  47-50
    4.3.3 U-boot 编译及启动  50-51
  4.4 Linux 2.6 系统移植  51-56
    4.4.1 Linux 内核文件修改  52-53
    4.4.2 内核配置与编译  53-56
  4.5 根文件系统建立  56-57
  4.6 嵌入式Linux 启动  57-58
  4.7 本章小节  58-59
第五章 系统设备驱动程序开发  59-72
  5.1 Linux 设备驱动程序  59-61
    5.1.1 Linux 设备驱动程序简介  59-60
    5.1.2 驱动程序实现的方法和主要模块  60-61
    5.1.3 CAN-Ethernet 设备驱动模块  61
  5.2 网络设备驱动程序  61-66
    5.2.1 Linux 网络设备驱动框架  61-62
    5.2.2 DM9000A 网卡设备驱动程序移植  62-66
  5.3 CAN 总线Linux 驱动程序的实现  66-72
    5.3.1 CAN 设备地址分配  66-68
    5.3.2 CAN 总线设备驱动基本概念  68-69
    5.3.3 CAN 总线驱动程序开发  69-72
第六章 应用程序设计  72-79
  6.1 Socket 编程接口及相关概念  72-74
    6.1.1 Socket 相关概念  72-73
    6.1.2 Socket 接口相关函数及调用过程  73-74
  6.2 CAN-Ethernet 网关应用程序设计  74-76
    6.2.1 CAN-Ethernet 网关应用程序连接模型  74-75
    6.2.2 CAN-Ethernet 网关应用程序  75-76
  6.3 基于Windows 系统客户机应用程序设计  76-78
    6.3.1 Visual C++开发环境  76
    6.3.2 客户机端应用程序的实现  76-78
  6.4 本章小结  78-79
第七章 总结与展望  79-81
  7.1 论文总结  79-80
  7.2 工作展望  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间公开发表的论文  84-85
附录1 CAN-Ethernent 网关硬件线路图  85-86
附录2 CAN-Ethernent 网关实物图  86-87
致谢  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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