CAN總線(xiàn)的嵌入式Web服務(wù)器設計

摘要：本文設計并實(shí)現一種可以將基于TCP/IP協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò )設備，與基于CAN總線(xiàn)協(xié)議的底層現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )連通的嵌入式Web服務(wù)器。

關(guān)鍵詞：嵌入式Web服務(wù)器 嵌入式Internet TCP/IP協(xié)議 CAN總線(xiàn)

引言

嵌入式系統指被嵌入到各種產(chǎn)品或工程應用中的，以微處理器或微控制器為核心的軟硬件系統。嵌入式系統與Internet技術(shù)相結合，形成的嵌入式Internet技術(shù)是近幾年隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的普及而發(fā)展起來(lái)的一項新興技術(shù)。它通過(guò)現有嵌入式系統，增加因特網(wǎng)接入能力來(lái)擴展其功能，創(chuàng )造性地提出以低價(jià)位單片機作為微處理器，使嵌入式設備而非PC系統直接接入Internet。在本文中，采用Ubicom公司的SX52單片機外接以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS實(shí)現嵌入式Web服務(wù)器硬件結構和軟件功能。傳統的基于DCS結構工控系統向嵌入式Web結構轉移，可有效降低成本，這是因為沒(méi)有必要開(kāi)發(fā)專(zhuān)有的GUI，還可以方便最終用戶(hù)，并改善故障檢測和設備維護的遠程訪(fǎng)問(wèn)能力。



1 嵌入式Web服務(wù)器硬件設計與實(shí)現

通常嵌入式系統硬件包括微控制器、存儲器外設器件和I/O端口等，其核心是嵌入式微控制器。為適應上網(wǎng)需求，嵌入式微控制器不僅要能執行傳統的控制功能，還要能執行與連接因特網(wǎng)相關(guān)的功能，而Ubicom公司的SX52芯片能比較容易地實(shí)現TCP/IP協(xié)議，所以我們選擇它作為微控制器。

實(shí)現嵌入式設備接入Internet，從原則上來(lái)講最關(guān)鍵的就是要實(shí)現TCP/IP協(xié)議，還有一人關(guān)鍵的問(wèn)題就是傳輸信息媒質(zhì)的選擇。我們采用最常用的連接模式，即通過(guò)以太網(wǎng)連接Internet，利用網(wǎng)絡(luò )接口控制器來(lái)實(shí)現數據鏈路層協(xié)議。嵌入式系統應用最廣泛的網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)芯片就是NE2000兼容系列網(wǎng)絡(luò )芯片，它具有接口方便、驅動(dòng)簡(jiǎn)單、占用資源少等優(yōu)點(diǎn)，特別適合嵌入式系統。我們選用其中性能較了，供貨比較穩定的RTL8019AS芯片。嵌入式Web服務(wù)器硬件結構框圖如圖1所示。

嵌入式Web服務(wù)器用SX52微控制器作為處理器，以太網(wǎng)驅動(dòng)芯片RTL8019AS經(jīng)耦合隔離濾波器HR61101G和RJ45接口接入以太網(wǎng)，配有RS232和CAN總線(xiàn)兩個(gè)擴展接口，可以將具有RS232接口的設備或采用CAN總線(xiàn)協(xié)議通信的設備連到以太網(wǎng)上。RS232接口采用MAX232CPE芯片，CAN總線(xiàn)控制器采用Philips公司的SJA1000芯片，CAN收發(fā)器則采用了Philips公司的PCA82C250。

數據的流向為：請求和控制信息從局域網(wǎng)中來(lái)，通過(guò)RJ45送到RTL8019AS，RTL8019AS負責將以太網(wǎng)幀的首部和尾部信息剝離，將處理后的數據包送入SX52的TCP/IP協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數據報進(jìn)行解析，得到原始的請求和控制信息。請求和控制信息再經(jīng)過(guò)SJA1000進(jìn)行CAN協(xié)議格式的數據封裝，再和現場(chǎng)的CAN總線(xiàn)設備進(jìn)行通信。請求和控制的回復領(lǐng)先局域網(wǎng)的過(guò)程與上面正好相反。圖2為Web服務(wù)器主要芯片連接電路簡(jiǎn)圖。

SX52有5個(gè)I/O口，共40個(gè)引腳。在設計中，利用SX52的C口的RC0～RC7連接RTL8019AS的數據口SD0～SD7；SX52的B口兼顧選址和讀寫(xiě)控制功能，在開(kāi)發(fā)中用它與RTL8019AS的地址及讀寫(xiě)控制引腳連接。在確保通信功能順利實(shí)現的同時(shí)，充分利用了SX52芯片I/O口靈活配置的特點(diǎn)，最大程序地節約了微控制器SX52的硬件資源。

圖2

RTL8019AS基地址選擇引腳IOS0～IOS3接地，此時(shí)I/O基地址為300H，即0011 00000 000，所以地址線(xiàn)SA9、SA8接+5V。因為寄存器地址偏移量為00H～1FH共32個(gè)，對應地址從300H到31FH，所以只需將地址線(xiàn)SA0～SA4接SX52的RB0～RB4，其余地址線(xiàn)接地即可。芯片IORB、IOWB引腳為讀寫(xiě)信號線(xiàn)，接SX52的RB6、RB5讀寫(xiě)控制引腳。 2.3 嵌入式Web服務(wù)器應用程序的實(shí)現

RTL8019AS可以兼容8位和16位操作。圖2中IOCS16是16位I/O的選擇腳。當RTL8019AS上電復位的時(shí)候，如果這個(gè)腳為低電平，RTL8019AS將選擇8位模式；如果這個(gè)腳為高電平，RTL8019AS將選擇16位的模式。由于SX52是8位的數據總線(xiàn)，因此要用8位總線(xiàn)模式（每次讀入或寫(xiě)入1個(gè)字節，只需8根數據線(xiàn)SD0～SD7），所以將這個(gè)腳接地。

RTL8019AS有3種工作方式：第一種為跳線(xiàn)方式，芯片的I/O和中斷由跳線(xiàn)決定；第二種即插即用方式，由軟件進(jìn)行自動(dòng)配置；第三種為免跳線(xiàn)方式，芯片的I/O和中斷由外接的93C46里的內容決定。常用網(wǎng)卡上的RTL8019AS一般只支持第二種和第三種方式。在嵌入式應用的場(chǎng)合，為降低成本，同時(shí)又減少連線(xiàn)，不使用93C46。本設計中使用第一種方式，此時(shí)JP引腳接高電平。

AUI引腳決定使用AUI還是BNC接口。高電平時(shí)使用AUI接口，低電平時(shí)使用BNC接口，支持8線(xiàn)雙絞線(xiàn)或同軸電纜。本設計中采用雙絞線(xiàn)為通信介質(zhì)，將該引腳接地。

RTL8019AS使用引腳TPIN+、TPIN-、TPOUT+和TPOUT-連接耦合隔離濾波器HR61101G，利用RJ45插頭實(shí)現與以太網(wǎng)的連接。

SJA1000是獨立的CAN通信控制器，支持CAN2.0B協(xié)議，其工作頻率為6～24MHz。它的AD0～AD7為地址數據復用線(xiàn)，與SX52的D口RD0～RD7相連。當遠端用戶(hù)通過(guò)Web服務(wù)器查詢(xún)現場(chǎng)的CAN總線(xiàn)數據時(shí)，SJA1000負責將現場(chǎng)控制單元的CAN總線(xiàn)數據解析，發(fā)送到SX52，再傳到網(wǎng)上。

PCA82C250是CAN協(xié)議控制和物理總線(xiàn)的接口，它對總線(xiàn)提供發(fā)送能力，并對CAN控制器提供接收能力，它支持1Mbps速度。為保證SX52與SJA1000協(xié)同工作，在硬件設計中們將兩個(gè)芯片共同一個(gè)硬件復位線(xiàn)，確保SX52與SJA1000硬件同步復位。

AT24C256是I2C總線(xiàn)的EEPROM，通?？梢杂脕?lái)存儲用戶(hù)的一些設置，比如IP地址、網(wǎng)關(guān)等。在本設計用它存儲靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)。SCL接SX52的RA4腳，SDA接SX52的RA5腳。

MAX232CPE完成232電平與TTL電平轉換，提供一個(gè)本地接口，為調試和維護提供方便。TXD接SX52的RA5腳。

MAX232CPE完成232電平與TTL電平轉換，提供一個(gè)本地接口，為調試和維護提供方便。TXD接SX52的RA2腳，RXD接SX52的RA3腳，RS-RXD和RS-TXD是RS232電平，為標準串口電平。數據可以從串口輸入到單片機SX52，SX52再把數據送到RTL8019AS傳出去。