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基于CAN总线和以太网的嵌入式系统设计与研究

赵浩  
【摘要】:随着信息与网络技术的发展,嵌入式系统渗透到各个领域,得到了广泛的应用。嵌入式μC/OS-Ⅱ因为免费、源代码开放以及强大的网络功能受到了越来越多的重视。 在工业控制领域,利用现场总线实现工业控制自动化,已经有十多年的历史了。如今随着计算机网络的发展,工业控制的发展方向也从原先的信息孤岛或局部总线向互联网方向发展。然而,由于最初计算机网络的先天条件局限,导致了其在工业控制领域的发展缓慢。如何把计算机网络,特别是以太网(Ethernet)应用到工业控制领域,已经是目前信息领域研究的热点。 CAN(Control Area Net)总线作为一种优秀的现场总线,诞生于二十世纪八十年代后期,由于其可靠性好、实时性高,因此被广泛的应用到汽车、航空、工厂等领域。如果把CAN总线和以太网互联,就能把两者的优点结合起来,扬长避短,大大提高控制系统的分布式特性,真正做到企业信息系统集成。 本文以嵌入式μC/OS-Ⅱ为平台,在分析了CAN总线和以太网的网络模型的基础上,对CAN总线和以太网以及二者之间的互联进行了相关研究,并设计实物系统进行验证。主要成果如下: 根据研究目的,选择合适方案,以高速的ARM7处理器LPC2290为核心,设计了一套基于CAN总线和以太网嵌入式系统。 研究了CAN总线原理和数据传输机制,根据需要,设计CAN智能节点,完成了软硬件设计,并组建CAN网络。 研究了TCP/IP协议栈的组成和内部实现原理,并以此为基础进行网络编程。 研究μC/OS-Ⅱ操作系统内核运行机制,分析其内部功能组成,完成了其在目标板上的移植,并编写了在μC/OS-Ⅱ下的CAN总线设备驱动程序。完成了μC/OS-Ⅱ操作系统下CAN-TCP/IP应用程序,实现CAN数据和以太网数据的双向稳定传输。 编写PC-Windows下的客户端程序,并利用VB完成系统上位机显示控制界面设计。 开发的系统经过实验测试具备较好的易用性和稳定性,完全实现了以太网和CAN网络信息双向传递功能。


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