一種嵌入式以太網(wǎng)／CAN網(wǎng)關(guān)的設(shè)計

　　引 言

　　隨著Internet的普及，實現(xiàn)智能家居遠程控制不再是人們的夢想，所謂遠程控制，是指管理人員在異地通過計算機網(wǎng)絡(luò)異地?fù)芴柣螂p方都接入Internet等手段，聯(lián)通需被控制的計算機，將被控計算機的桌面環(huán)境顯示到自己的計算機上，通過本地計算機對遠方計算機進行配置、軟件安裝程序、修改等工作。遠程喚醒（WOL），即通過局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程開機。CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network， CAN）的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO118？8）。是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 在北美和西歐，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。CAN與以太網(wǎng)采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為計算機網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。例如，網(wǎng)絡(luò)中一個微機用戶和一個大型主機的操作員進行通信，由于這兩個數(shù)據(jù)終端所用字符集不同，因此操作員所輸入的命令彼此不認(rèn)識。為了能進行通信，規(guī)定每個終端都要將各自字符集中的字符先變換為標(biāo)準(zhǔn)字符集的字符后，才進入網(wǎng)絡(luò)傳送，到達目的終端之后，再變換為該終端字符集的字符。當(dāng)然，對于不相容終端，除了需變換字符集字符外。其他特性，如顯示格式、行長、行數(shù)、屏幕滾動方式等也需作相應(yīng)的變換。

　　1 網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計

　　1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　該系統(tǒng)的硬件部分主要由ARM、以太網(wǎng)接口、CAN接口、高速存儲器、JTAG口、復(fù)位電路和電源等組成，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。ARM移植TCP／IP通信協(xié)議和CAN協(xié)議，可完成以太網(wǎng)協(xié)議和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)以太網(wǎng)接口和CAN接口通信數(shù)據(jù)的透明傳輸。以太網(wǎng)（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術(shù)，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。

　　1.2 主控制器的選擇

　　微處理器選用PhiIips公司ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器LPC2294，與一般單片機相比，LPC2294可嵌入操作系統(tǒng)。LPC2294內(nèi)嵌256 KB的高速FLASH存儲器和16 KB的靜態(tài)RAM，多個外部中斷和串行口，LPC2294內(nèi)部還集成了CAN控制器，只要加上CAN總線收發(fā)器就可以構(gòu)成CAN節(jié)點，從而大大簡化了硬件電路。微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運算器、時序控制電路，以及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。自從人類1947年發(fā)明晶體管以來，50多年間半導(dǎo)體技術(shù)經(jīng)歷了硅晶體管、集成電路、超大規(guī)模集成電路、甚大規(guī)模集成電路等幾代，發(fā)展速度之快是其他產(chǎn)業(yè)所沒有的。半導(dǎo)體技術(shù)對整個社會產(chǎn)生了廣泛的影響，因此被稱為“產(chǎn)業(yè)的種子”。中央處理器是指計算機內(nèi)部對數(shù)據(jù)進行處理并對處理過程進行控制的部件，伴隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，芯片集成密度越來越高，CPU可以集成在一個半導(dǎo)體芯片上。

　　1.3 系統(tǒng)電源電路和復(fù)位電路

　　在該設(shè)計中，需要使用5 V，3.3 V和1.8 V的直流穩(wěn)壓電源。其中，5 V電源由LM317L三端可調(diào)穩(wěn)壓器產(chǎn)生；3.3 V和l_8 V電源由可調(diào)節(jié)輸出電壓的SPXlll7產(chǎn)生。系統(tǒng)復(fù)位電路的可靠性對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定起著非常重要的作用。在復(fù)位電路中采用了電壓監(jiān)控芯片TPS383K33，它是10 ms或200。ms可選的上電復(fù)位發(fā)生器，具有防按鍵抖動的手動復(fù)位輸入功能，允許組成多個Ic的菊花鏈電壓監(jiān)控等。復(fù)位電路如圖2所示。圖2中，nRST連接到LPC2294的復(fù)位腳RESET；nTRST接以太網(wǎng)控制器ENC28J60的復(fù)位引腳。