發(fā)布時間：2020-11-05 10:27

　　 隨著船舶機艙自動化的發(fā)展,對船舶機艙自動化系統(tǒng)的要求也越來越高。除了要進行實時控制,還要需要實時顯示設備狀態(tài)、傳感器的信息等。因此,構建船舶機艙自動化系統(tǒng)需要越來越多的,各種各樣的嵌入式設備。嵌入式CAN-Ethernet網關是船舶機艙自動化系統(tǒng)至關重要嵌入式設備,它實現(xiàn)了CAN總線協(xié)議與以太網協(xié)議的雙向轉換,使采用CAN現(xiàn)場總線設計的下層監(jiān)控網絡可以順利地與采用Ethernet網絡設計的上層監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據交互。因此,本論文主要研究了CAN總線與以太網間的嵌入式CAN-Ethernet網關的設計與實現(xiàn)。本文探討了CAN總線的特點、幀結構和訪問方式,介紹了以太網的技術特點、幀結構和主要協(xié)議,分析了嵌入式CAN-Ethernet網關設計與實現(xiàn)中的關鍵技術,提出了基于LPC2378微控制器為核心的嵌入式CAN-Ethernet網關的設計開發(fā)方案。LPC2378是基于ARM7TDMI內核的32位工業(yè)級微處理器,自帶有CAN控制器和以太網控制器,大大減少了硬件電路設計要求,降低了產品成本。本文介紹了嵌入式CAN-Ethernet網關的硬件電路設計,在LPC2378工業(yè)微處理器上移植了開源嵌入式實時操作系統(tǒng)RT-Thread,大大降低了軟件的開發(fā)成本、時間和復雜度;同時完成了RT-Thread下以太網驅動以及CAN驅動的編寫,并設計了嵌入式CAN-Ethernet網關的應用程序,完成了一個完整產品的開發(fā)。嵌入式CAN-Ethernet網關是構建船舶機艙自動化系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié),它的成功研制對提高我所產品競爭力具有一定的意義。嵌入式CAN-Ethernet網關已經通過了CAN總線協(xié)議與以太網協(xié)議相互轉換的功能性測試。結果表明,它能夠滿足船舶機艙自動化系統(tǒng)的技術要求,運行可靠、穩(wěn)定。
【學位單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2014
【中圖分類】：U664.821
【部分圖文】：

第二章 嵌入式 CAN-Ethernet 網關實現(xiàn)的相關技術背景.1.2 CAN 總線報文幀格式CAN 技術規(guī)范包括 A 和 B 兩個部分，CAN2.0A 規(guī)范規(guī)定的報文格式稱為標準幀式。而 CAN2.0B 規(guī)范則規(guī)定了 2 種報文格式，一種是與 CAN2.0A 兼容的標準格的報文幀，另一種是具有擴展格式的報文幀，他們唯一的不同是標識符(ID)長不同，標準格式(CAN2．0A)為 11 位，擴展格式(CAN2．OB)為 29 位。CAN 總線報文傳輸有 4 種不同類型的幀，數(shù)據幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。據幀用于發(fā)送器和接收器之間傳輸數(shù)據。遠程幀用于請求其他節(jié)點發(fā)送具有同標識符的數(shù)據幀。任何節(jié)點檢測到總線錯誤就發(fā)出錯誤幀。過載幀用于在當前后續(xù)的數(shù)據幀或遠程幀之間，提供附加的延時。下面主要介紹一下數(shù)據幀和遠幀的報文格式。(1) 數(shù)據幀數(shù)據幀由 7 個不同的位場組成，即幀起始(Start Of Frame)、仲裁域(Arbitrationield)、控制域(Control Field)、數(shù)據域(Data Field)、CRC 域(CRC Field)、應答域(ACKield)和幀結尾(End Of Frame)7 個部分組成。具體格式如圖 1 所示。

第二章 嵌入式 CAN-Ethernet 網關實現(xiàn)的相關技術背景方案；(6) 以太網支持傳輸介質類型有 50Ω基帶同軸電纜、無屏蔽雙絞線和光纖；(7) 以太網所構成的拓撲結構主要是總線型和星型；(8) 有多種以太網標準，傳輸速率：10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s；(9) 以太網是可變長幀，長度為：64bytes-1514bytes；(10) 以太網技術先進，又很簡單，這是它獲得成功的主要原因；(11) 以太網技術成熟，價格低廉、易擴展、易維護、易管理。2.2.2 以太網幀結構以太網上發(fā)送的數(shù)據是按一定格式進行的，并將此數(shù)據格式稱為幀[13][14]。在 TCP/IP 中，以太網 IP 數(shù)據報文封裝是在 RFC 894[Hornig 1984]中定義的，而 IEEE 802 網絡的 IP 數(shù)據報文封裝是在 RFC 1042[Postel and Reynolds 1988]中定義的。圖 3 顯示了兩種封裝定義的相互關系：

圖 4 RT-Thread 系統(tǒng)結構圖[17]Fig.4 The system structure of RT-Thread(6) 支持多種編譯器。如 Keil MDK armcc 編譯器、GNU gcc 編譯器以及 編譯器；(7) 內核精簡、高效、穩(wěn)定，同時也經過了商業(yè)產品考驗。國內已有兩家把 RT-Thread 使用于自己的產品中。(8) 開放源代碼，商業(yè)應用許可寬松，可免費地在商業(yè)產品中使用。RT-T GPL-V2 發(fā)布，并且承諾永久不會針對使用 RT-Thread 收費，用戶只需T-Thread 的 LOGO 既可。之所以選擇 RT-Thread 嵌入式實時操作系統(tǒng)主要考慮以下幾個方面：(1) 可配置，裁剪性強RT-Thread 從開始就被設計為一個寬范圍可用的系統(tǒng)，從資源極度緊張到一個帶內存管理單元，網絡功能的基本計算機單元，因此，配置和裁T-Thread 的重點。首先，RT-Thread 內核外部的各種功能組件可以自由選擇。如文件系統(tǒng)，，設備管理系統(tǒng)，SHELL 系統(tǒng)都可以根據需要自由配置。此外，RT-T
【共引文獻】

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1 陳玉,溫陽東;分布式配電自動化系統(tǒng)的研究[J];安徽電氣工程職業(yè)技術學院學報;2005年03期

2 顏自勇;;CAN總線技術在智能樓宇通信中的應用[J];安防科技;2006年04期

3 孔莉芳;張虹;;CAN總線在安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸中的應用[J];安防科技;2008年04期

4 謝東;溫陽東;畢銳;周松林;;一種嵌入式遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J];安防科技;2008年05期

5 趙雨斌;苗滿香;陳宇;;基于CAN總線的樓宇智能監(jiān)控報警系統(tǒng)研究與設計[J];安防科技;2009年01期

6 楊柳;黃學武;鄭華耀;;基于雙單片機的通用報警監(jiān)控系統(tǒng)設計[J];安防科技;2009年03期

7 溫陽東,鄒偉;基于CAN總線的機車LCU通信系統(tǒng)設計[J];安徽大學學報(自然科學版);2005年04期

8 曹建剛;王鳴;;基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居網絡實現(xiàn)[J];安徽工程科技學院學報(自然科學版);2006年04期

9 張海清;陳永煌;朱暉;;基于嵌入式系統(tǒng)的CAN總線汽車組合儀表的研究[J];安徽工程科技學院學報(自然科學版);2009年03期

10 夏巍;嚴輝;丁剛;;CAN網絡的實時性與可靠性的研究[J];安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版);2007年01期

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3 褚端峰;客車行駛穩(wěn)定性控制的關鍵技術研究[D];武漢理工大學;2010年

4 林瀟;液壓挖掘機并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)控制策略研究[D];浙江大學;2010年

5 王蘇敬;大功率機車柴油機時間控制式燃油噴射控制系統(tǒng)研究[D];北京交通大學;2011年

6 黎潔;容遲移動傳感器網絡中數(shù)據傳輸與數(shù)據管理機制的研究[D];中國科學技術大學;2011年

7 周宗好;通信網絡中的排隊模型研究[D];江蘇大學;2011年

8 張婧垚;無線網絡編碼的關鍵問題與技術研究[D];清華大學;2010年

9 鄭書朋;飛行模擬器的計算機系統(tǒng)實時調度與通信關鍵技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

10 孫秀軍;混合驅動水下滑翔器動力學建模及運動控制研究[D];天津大學;2011年

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3 李娟;GPRS網絡信道分配策略的研究[D];河北科技大學;2010年

4 王雅輝;IEEE 802.11 WLAN中M2M業(yè)務服務質量的研究[D];吉林大學;2011年

5 李理;中國移動G省公司網絡運維集中化管理模式及效益研究[D];中南大學;2010年

6 胡雪;基于DCA的移動通信系統(tǒng)性能分析[D];南京郵電大學;2011年

7 趙廣磊;基于嵌入式系統(tǒng)的CAN總線與以太網的網關設計[D];華中科技大學;2009年

8 于芳;電子排隊機系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D];遼寧科技大學;2011年

9 隋大鵬;網絡通信系統(tǒng)的隨機排序及信息流模糊控制問題研究[D];曲阜師范大學;2001年

10 曾照福;基于CAN總線的分散型控制系統(tǒng)的設計[D];國防科學技術大學;2002年

本文編號：2871508