CN104320497A - 一种ip网络接口与can总线接口转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种IP网络接口与CAN总线接口转换装置,所述装置包括以太网接口、以太网控制器、CPU、CAN控制器、CAN接口。通过总线接口转换电路、接口软件设计实现接口兼容，接口转换通过单片机控制，通过以太网接口、以太网控制器完成以太网数据收发控制，通过CAN控制器、CAN接口完成CAN总线数据收发控制。本发明的装置能实现以太网和CAN总线通信转换，解决通信协议和通信接口不同的两种系统的信息交互问题。

Description

一种IP网络接口与CAN总线接口转换装置

技术领域

 本发明涉及一种IP网络接口与CAN总线接口转换装置，该装置能够实现以太网和CAN总线通信转换，解决通信协议和通信接口不同的两种系统的信息交互问题。

背景技术

目前总线网络已经广泛应用于信息控制领域。基于IP的以太网是常用的信息网络接口，具有传输距离远、传输带宽高的优点。随着传输速率的提高和交换技术的使用，以太网的确定性和实时性得到了保证，工业以太网的安全性和网络生存性也得到了很大程度的提高，使其在工业控制领域得到广泛的应用。CAN总线也是应用及其普遍的一种现场总线，具有实时性好的优势，被广泛应用于汽车等交通运输工具、工业控制、智能楼宇、机械工业、医疗器械、传感器等领域，被称为最有前途的现场总线之一，但其主要缺点是不适合远距离传输。但由于以太网和CAN总线通信协议不同，两种总线器件间无法进行数据通信，这对系统扩展或信息兼容造成了影响。为解决网络的兼容问题，提高效率，在需要实现两种总线信息交互的系统中，有必要采用技术手段，实现通过以太网接口使计算机融入CAN网络，把以太网的远距离传输性与CAN的专业性结合起来，优势组合。

发明内容

为满足以太网和CAN总线进行数据交互的要求，解决因通信协议、通信接口不同造成的通信兼容问题，本发明提供一种IP网络接口与CAN总线接口转换装置，通过总线接口转换电路、接口软件设计实现接口兼容。

本发明的IP网络接口与CAN总线接口转换装置,含有以太网接口、以太网控制器、中央处理器CPU、光电耦合器                                               、光电耦合器、CAN接口； CPU与以太网控制器连接，以太网控制器与以太网接口连接通过时钟同步信号完成数据的同步传输；CPU分别通过光电耦合器、光电耦合器与CAN接口连接；CPU中存储有用于数据上行通信与下行通信的控制程序。

所述控制程序含有如下步骤：

1) 以太网接口接收到数据并向CAN总线发送时，写数据至以太网控制器，以太网控制器触发CPU控制器的0号中断；

2) CPU解析以太网控制器缓存区的协议数据，把需发送的数据拷贝到其内存空间，并转换成CAN总线协议；

3) CPU向CAN接口的发送缓冲区发送数据，由CAN接口转发到CAN总线网络；

4) CAN总线有数据发送至以太网时，CAN接口触发CPU控制器的1号中断；

5) CPU收到数据后，进行数据解析，根据以太网协议转换成以太网帧格式；

6) 将数据写入太网控制器的发送缓冲区，以太网控制器通过以太网接口将数据发送至以太网。

本发明的IP网络接口与CAN总线接口转换装置，在保证数据完整和协议可靠的前提下，充分遵循以太网和CAN协议的基础上，不仅能够实现以太网数据与CAN数据的转发，同时还可以解决以太网的高速性与CAN的低速率冲突，以及两者数据包之间的大小不同的矛盾。

附图说明

图1 为本发明的硬件连接结构示意图；

图2 为本发明中的以太网转CAN的工作流程图；

图3 为本发明中的CAN转以太网的工作流程图。

具体实施方式

图1为本发明的转换装置部件连接示意图，在图1中，本发明的转换装置含有以太网接口111、以太网控制器121、CPU131、光电耦合器141，光电耦合器142、CAN接口151。CPU131与以太网控制器121连接，以太网控制器121与以太网接口111连接，CPU131分别通过光电耦合器141,、光电耦合器142与CAN接口151连接。以太网接口111、以太网控制器121、CPU131进行以太网数据通信，CPU131，光电耦合器 141，光电耦合器 142、CAN接口151进行CAN数据通信。以太网接口111与以太网控制器121之间要求需的时钟同步信号完成数据的同步传输，以太网控制器121与CPU131的通讯采用数据总线与地址总线，并通过中断触发，CPU131与CAN接口151之间的高速光耦141、高速光耦142用于提高系统的抗干扰性，CAN接口151接入CAN总线增加限流电阻用于提高系统的可靠性。CPU131中存储有用于数据上行通信与下行通信的控制程序。

图2为以太网转换CAN流程图。步骤200为初始流程，实现参数和接口的初始化。当以太网控制器121收到以太网数据时进入步骤201，进入步骤202的数据转换状态。步骤203为CPU131得到数据转换信息后触发INT0，若触发有效，则进入步骤205，将数据从以太网控制器121的接收缓冲区拷贝到其内存空间，并按照以太网和CAN总线格式，将收到的报文转换打包或拆包转换为标准CAN总线协议报文，转换完成后进入步骤206，等待发送区空闲，若触发无效则继续等待。若CPU131发送区空闲，则进入步骤208通过CAN接口151将数据转发到CAN网络，完成转换和发送。发送区忙则进入步骤207，等待发送区空闲。

图3为CAN转换以太网的流程图。步骤300为初始流程，实现参数和接口的初始化。当CAN接口收到CAN数据后进入步骤301，由于CPU内置CAN控制器，进入步骤302等待CPU接收区空闲，若空闲进入步骤304，接收数据并进入数据转换，不空闲则进入等待步骤303。步骤305为CPU131得到数据转换信息后触发INT1，若触发有效，进入步骤306，完成CAN协议至TCP/IP协议转换，触发无效则继续等待。转换完成进入步骤307，将数据通过总线写入以太网控制器缓存区并进入步骤308，由控制器将转换后的报文发送至以太网，完成转换和发送。

本发明的转换装置，CAN与以太网都采用中断触发方式，把数据包先存入缓冲区，进一步分析数据。在数据接收时，不允许接收新的数据和中断，直到数据完全接收后，才将接收缓冲区释放。在数据发送时，先确认发送缓冲区空闲才写入数据。由于两者都有内部的发送和接收缓冲区，主程序的主要任务就是实现数据的转发以及通讯的握手协议。

CPU131采用新华龙C8051F040单片机，内置CAN控制器；

以太网控制器121采用CP2200；

以太网接口111采用HR911105A；

CAN接口151采用SN65HVD230；

C8051F040与SN65HVD230间采用的光电耦合器141、光电耦合器142为6N173；

65HVD230至CAN总线采用两只5Ω电阻用于限流；

网络数据为标准以太网数据，遵循TCP/IP网络标准协议；

CAN总线协议支持标准帧和扩展帧；

网络接口模块HR911105A与网络接口芯片CP2200的时钟统一；

所述协议转换的参数设定在系统初始化时完成。

Claims (2)

1.一种IP网络接口与CAN总线接口转换装置,含有以太网接口(111)、以太网控制器(121)、CPU(131)、光电耦合器                                                (141)、光电耦合器 (142)、CAN接口(151)； CPU(131）与以太网控制器(121）连接，以太网控制器（121）与以太网接口（111）连接通过时钟同步信号完成数据的同步传输；CPU（131）分别通过光电耦合器 (141)、光电耦合器 (142)与CAN接口(151)连接；CPU(131）中存储有用于数据上行通信与下行通信的控制程序。

2.根据权利要求1所述的转换装置，其特征在于，所述控制程序含有如下步骤：

1) 以太网接口(111)接收到数据并向CAN总线发送时，写数据至以太网控制器（121），以太网控制器（121）触发CPU（131）控制器的0号中断；

2) CPU（131）解析以太网控制器缓存区的协议数据，把需发送的数据拷贝到其内存空间，并转换成CAN总线协议；

3) CPU（131）向CAN接口（151）的发送缓冲区发送数据，由CAN接口（151）转发到CAN总线网络；

4) CAN总线有数据发送至以太网时，CAN接口（151）触发CPU（131）控制器的1号中断；

5) CPU（131）收到数据后，进行数据解析，根据以太网协议转换成以太网帧格式；

6) 将数据写入太网控制器（121）的发送缓冲区，以太网控制器（121）通过以太网接口(111)将数据发送至以太网。