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基于USB接口的CAN总线通信适配器的研究和应用

作　者: 孙超
导　师: 张均东
学　校: 大连海事大学
专　业: 轮机工程
关键词: CAN 总线 USB 通信适配器
分类号: U675.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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引　用: 7次
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内容摘要

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它是计算机技术、通信技术和控制技术高度综合与集成的产物,是一种开放式和分布式的新模式。 CAN(控制器局域网)属于现场总线的范畴,是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。 USB(通用串行总线)具有传输速度快、可靠性高、使用灵活等优点,作为一种通信接口规范,他被广泛地应用在PC外设和便携式系统中。本文首先充分研究CAN总线技术和详细分析其2.0B协议,然后介绍USB技术,在此研究的基础上,充分发挥CAN总线技术和USB接口技术的优点,设计出基于USB接口的CAN总线通信适配器,实现对原有的CAN总线网络系统中的使用其他接口协议的适配器的升级和扩展。在论文中,重点介绍基于USB接口的CAN总线通信适配器的硬件设计,其次介绍该通信适配器的软件开发思想,最后给出该通信适配器在船舶监控系统中的应用,同时介绍船舶监控系统最近的发展。论文第一部分详细介绍CAN现场总线技术。第二部分介绍了USB接口技术和USB协议。第三部分是本文的重点,在研究分析CAN现场总线技术和USB接口技术的基础上,设计基于USB接口的CAN总线通信适配器,在介绍该通信适配器使用的两个核心元器件PDIUSBD12和SJA1000的同时给出它们的设计。第四部分给出该通信适配器的软件设计思想。第五部分给出其应用和介绍船舶监控系统最近发展成果IPMS。

全文目录

第1章引言  9-12
  1.1 研究课题的背景  9
  1.2 研究课题的提出  9-10
  1.3 论文的结构  10-12
第2章 CAN现场总线技术  12-22
  2.1 什么是现场总线  12
  2.2 现场总线产生的背景  12-13
  2.3 现场总线技术特点和优点  13
    2.3.1 系统的开放性和互可操作性  13
    2.3.2 现场设备的智能化与功能自治化  13
    2.3.3 系统结构的高度分散性  13
    2.3.4 对现场环境的适应性  13
  2.4 CAN总线概述  13-14
  2.5 CAN总线的特点  14-15
  2.6 CAN的分层结构  15-16
  2.7 帧格式  16
  2.8 帧类型  16-21
    2.8.1 数据帧  17-19
    2.8.2 远程帧  19
    2.8.3 出错帧  19-20
    2.8.4 超载帧  20-21
  2.9 基于“多主竞争总线仲裁”的通信方式  21-22
第3章 USB技术简介  22-31
  3.1 体系结构概述  22-24
    3.1.1 USB的设计目标  22
    3.1.2 USB系统的描述  22-23
    3.1.3 USB的电气特性  23-24
    3.1.4 USB的机械特性  24
  3.2 USB总线协议  24
  3.3 系统设置  24-25
    3.3.1 USB设备的安装  25
    3.3.2 USB设备的拆卸  25
    3.3.3 总线标号  25
  3.4 USB的逻辑结构  25-26
  3.5 数据流的种类  26-31
    3.5.1 控制传输  27-29
    3.5.2 批量传输  29-30
    3.5.3 中断传输  30
    3.5.4 同步传输  30-31
第4章通信适配器的硬件设计  31-43
  4.1 概述  31-33
  4.2 D12芯片的电路设计  33-38
    4.2.1 D12芯片简介  33-34
    4.2.2 芯片管脚说明  34-35
    4.2.3 D12芯片与单片机的连接  35-36
    4.2.4 D12芯片操作指令简介  36-38
  4.3 SJA100芯片电路设计  38-43
    4.3.1 SJA1000芯片介绍  38-41
    4.3.2 SJA1000芯片电路  41-43
第5章通信适配器的软件设计  43-63
  5.1 WDM简介  43-45
    5.1.1 驱动程序的调用  43-44
    5.1.2 PDO和FDO  44
    5.1.3 驱动程序的识别  44-45
  5.2 IRP的处理  45-46
    5.2.1 IRP的结构  45-46
    5.2.2 IRP参数  46
    5.2.3 IRP的可重入性与互锁  46
  5.3 驱动程序的结构  46-52
    5.3.1 驱动程序入口点和回调例程  47-48
    5.3.2 创建设备  48
    5.3.3 打开文件请求的处理  48
    5.3.4 处理Win32程序输入/输出请求  48-50
    5.3.5 设备IO控制的实现  50-51
    5.3.6 即插即用的实现  51-52
  5.4 驱动程序的中断级  52-54
  5.6 固件程序简介  54
  5.7 固件程序的结构  54-63
    5.7.1 硬件提取层  55
    5.7.2 PDIUSBD12命令接口  55-56
    5.7.3 中断服务程序  56-61
    5.7.4 标准请求与厂商请求  61
    5.7.5 主循环程序  61-63
第6章通信适配器在船舶监控系统中的应用  63-68
  6.1 船舶监控系统发展简介  63-65
  6.2 该通信适配器在船舶监控系统中的应用  65-66
  6.3 船舶监控系统最新发展  66-68
第7章结论  68-70
攻读学位期间公开发表的论文  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
研究生履历  75

基于USB接口的CAN总线通信适配器的研究和应用

内容摘要

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