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基于ARM9的USB与多通道CAN转换器的设计

作　者: 张同祥
导　师: 曲波
学　校: 苏州大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 通用串行总线 控制器局域网 WDM 嵌入式Linux ARM
分类号: TP311.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 107次
引　用: 1次
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内容摘要


USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯,目前它是PC(Personal Computer,个人计算机)与键盘、鼠标、显示器、打印机、数码相机、扫描仪和游戏手柄等外部设备相连的标准协议之一。CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)是国际上应用最广泛的现场总线之一,其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力,使得它被广泛应用于汽车工业、过程控制、纺织机械、农用机械、机器人、医疗器械等领域,已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。不过由于这两种网络的总线结构,通信协议及传输特点各不相同,给不同设备之间的连接带来很多麻烦,因此设计一个USB与多通道CAN转换器来实现USB主机与现场测控网络的通信,具有十分重要的意义。论文首先分别介绍了USB和CAN的发展及各自的特点,提出了本课题研究的必要性和意义。接着详细介绍了USB总线及CAN总线的通信协议,并对USB与CAN总线的接口技术以及两个网络的信息交换技术进行了研究,提出了两种总线协议转换的思路。然后,详细介绍了系统的硬件设计,其中包括核心处理器电路设计、USB硬件电路设计和CAN硬件电路设计,并且在CAN硬件电路设计中,采用接口转换模块将微处理器与CAN控制器SJA1000联系起来。最后,详细介绍了软件部分的设计,包括下位机软件设计和上位机软件设计。其中下位机软件部分是在Linux平台下开发的,首先完成了嵌入式Linux操作系统的移植,包括交叉编译器的建立、U-BOOT的移植和Linux2.6内核的移植;接着分别完成了Linux系统下USB和CAN的设备驱动程序的开发。上位机软件部分主要包括上位机USB驱动程序的开发和上位机应用程序的编写,其中上位机USB驱动程序是采用Visual C++、Windows DDK(Device Development Kit,设备开发包)和DriverStudio联合开发的基于WDM(Windows Driver Model)模式的即插即用的上位机USB驱动程序,上位机应用程序是采用VisualC++编写的,主要是调用上位机USB驱动程序编写了一个简单的具有数据收发等功能的窗口。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 USB 概述  11-12
    1.1.1 USB 的发展  11
    1.1.2 USB 的特点  11-12
  1.2 CAN 概述  12-14
    1.2.1 CAN 的发展  12-13
    1.2.2 CAN 的特点  13-14
  1.3 课题研究的必要性与意义  14
  1.4 本课题的目标和主要工作内容  14-16
第二章 USB 和CAN 的网络模型及协议介绍  16-28
  2.1 通用串行总线USB  16-23
    2.1.1 USB 系统模型  16-17
    2.1.2 USB 底层通信协议  17-21
    2.1.3 USB 数据传输类型  21-23
  2.2 现场总线CAN  23-26
    2.2.1 CAN 系统模型  23-24
    2.2.2 CAN 的数据帧结构  24-26
  2.3 USB 总线与CAN 总线的协议转换思路  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 系统硬件设计  28-37
  3.1 嵌入式系统介绍  28
  3.2 系统总体方案  28-29
  3.3 核心处理器电路设计  29-30
  3.4 USB 硬件电路设计  30-31
  3.5 CAN 硬件电路设计  31-36
    3.5.1 接口转换模块设计  31-33
    3.5.2 CAN 控制器SJA1000 硬件设计  33-35
    3.5.3 CAN 总线收发器TJA1050 硬件设计  35-36
  3.6 本章小结  36-37
第四章 嵌入式LINUX 操作系统移植  37-49
  4.1 嵌入式LINUX 操作系统的介绍  37-38
  4.2 嵌入式LINUX 系统的开发步骤  38
  4.3 交叉编译环境的建立  38-39
  4.4 U-BOOT 的移植  39-44
    4.4.1 BOOTLOADER 概述  39-40
    4.4.2 U-BOOT 修改和移植  40-44
  4.5 LINUX 2.6 系统移植  44-47
    4.5.1 LINUX 内核文件修改  44
    4.5.2 配置内核  44-47
  4.6 文件系统介绍与构建  47-48
  4.7 嵌入式LINUX 启动  48
  4.8 本章小节  48-49
第五章 LINUX 设备驱动程序开发  49-61
  5.1 LINUX 设备驱动程序  49-52
    5.1.1 LINUX 设备驱动程序概述  49-50
    5.1.2 驱动程序实现的方法  50-52
  5.2 USB 驱动程序设计  52-56
    5.2.1 USB 驱动程序的层次结构  52
    5.2.2 USB 设备驱动程序的设计  52-56
  5.3 CAN 驱动程序的设计  56-60
    5.3.1 接口转换模块程序的设计  56-58
    5.3.2 CAN 总线驱动程序的设计  58-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 上位机程序设计  61-68
  6.1 WINDOWS XP 系统下USB 驱动程序设计  61-63
    6.1.1 开发平台的搭建  61-62
    6.1.2 WINDOWS 下的USB 驱动开发  62-63
  6.2 WINDOWS 下的应用程序开发  63-64
  6.3 测试结果  64-67
  6.4 本章小结  67-68
第七章 总结与展望  68-70
  7.1 总结  68-69
  7.2 系统改进与展望  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间公开发表的论文  73-74
附录1 USB-CAN 转换器硬件线路图  74-75
附录2 USB-CAN 转换器实物图  75-76
致谢  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 程序设计
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