CN107018151B - 一种可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换方法 - Google Patents
一种可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种可编程转换逻辑的CAN‑LonWorks协议转换器,包括依次连接的CAN接口电路、MCU、神经元芯片、LonWorks接口电路、连接在MCU和神经元芯片上的外部快闪存储器、为MCU和神经元芯片进行供电的电源、与神经元芯片连接的EEPROM、与MCU连接的上位机系统,MCU上集成有CAN控制器以用于完成CAN数据的处理,所述MCU、神经元芯片上均连接一个外部快闪存储器,上位机能够显示CAN总线数据和LonWorks总线数据并能进行转换逻辑编程。用户通CAN转LonTalk的转换逻辑的编辑实现CAN‑LonWorks协议转换,使得CAN总线和LonWorks总线的应用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及一种可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换器,还涉及一种 CAN-LonWorks协议转换方法。
背景技术
CAN是ISO国际标准化的串行通信协议,CAN总线以其抗干扰性好、成本低廉等特点,在汽车及工业测控等领域有广泛应用。CAN总线协议提供了OSI参考模型三层协议(物理层、数据链路层和应用层),并定义了物理层和数据链路层,应用层协议根据应用对象自行定义。CAN协议的数据帧格式如图1,包括7个部分:帧起始(Start of Frame)、仲裁场(Arbitration Field)、控制场(Control Field)、数据场(Data Field)、CRC 场(CRCField)、应答场(ACK Field)、帧结尾(End of Frame)。其中帧起始、CRC场、应答场、帧结尾由CAN控制器自动完成,仲裁场、控制场、数据场有用户根据应用对象进行设计。
仲裁场包括识别符和远程发送请求位。远程发送请求位区别帧类型,为0时表示帧类型为远程帧,为1时表示帧类型为数据帧;识别符在不同的帧格式中有所不同,标准帧格式的识别符为11bit,扩展帧格式的识别符为29bit。
控制场共6bit,在不同的帧格式中意义不同。标准帧格式时,由4bit数据长度,1bit IDE和1bit保留位组成;拓展帧时,由4bit数据长度和2bit保留位组成。
数据场由发送数据组成,共8byte。
LonWorks总线具有支持多种介质、拓展能力强、开放性好等特点,在楼宇自动化及工业测控等领域占据相当大的比例。LonWorks技术的核心是神经元芯片,它包括一个固化的高级通讯协议(LonTalk)。LonTalk协议提供了OSI参考模型的全部七层协议,其中1-6层协议固化在神经元芯片中,只有第七层应用协议是根据应用对象自行定义。 LonWorks节点之间的数据交换通过消息来完成,消息一般可被编码为应用消息 (ApplicationMessage)、外来帧消息(Foreign Frame Message)和网络变量(Network Variable)。应用消息和外来帧消息的报文编码分别如图2、图3所示,包括消息编码和数据;网络变量的报文编码如图4所示,包括数据传输方向(Dir)、网络变量选择器 (Selector)和数据。
无论是CAN总线还是LonWorks总线,其应用协议种类繁多。现有的CAN-LonWorks协议转换器,其CAN总线和LonWorks总线的数据转换过程遵循的是固定单一的转换逻辑,仅适用于两种指定的总线应用协议之间的转换,无法适用于其它应用协议转换的场景。
CAN总线和LonWorks总线之间的协议转换,其核心是研究转换逻辑,使两种应用协议按照转换逻辑进行转换。现有的协议转换器关注的是两种总线底层协议的转换,仅进行CAN协议和LonTalk协议的转换,并不考虑其应用层协议的种类繁多且各不相同,未关注两种协议之间的复杂的逻辑关系,即未对LonTalk协议的格式(消息类型、数据等)与CAN协议的格式(帧类型、帧格式、识别符、数据等)之间复杂的逻辑关系进行转换,可认为完成的仅仅是LonTalk协议和CAN协议之间的透明传输,其转换逻辑不支持修改。但协议转换器在不同的应用场合,需处理的LonTalk的协议和CAN的协议也不尽相同,需要不同的转换逻辑。如LonTalk协议使用的消息类型可为应用消息、外来帧消息和网络变量中的之一,其消息编码的长度也因消息类型而异;CAN帧类型可分远程帧和数据帧,帧格式可分标准帧和拓展帧,识别符的长度也因帧格式而异;因而,转换逻辑所需解决的LonTalk协议消息的消息编码、数据与CAN协议的识别符、数据之间的转换逻辑不一而同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种可适用于不同应用层协议的CAN总线网络和LonWorks总线网络之间通信,并且使用者可根据CAN协议和 LonTalk协议的应用需求,对协议转换器的转换逻辑进行编程,使协议转换器满足应用要求的可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换器及协议转换方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种可编程转换逻辑的 CAN-LonWorks协议转换器,其特征在于:包括CAN接口电路、MCU、神经元芯片、 LonWorks接口电路、外部快闪存储器、电源、EEPROM以及上位机系统,所述MCU 上集成有CAN控制器以用于完成CAN数据的处理,所述MCU、神经元芯片上均连接一个外部快闪存储器,所述CAN接口电路分别与CAN总线、MCU通讯连接,所述 MCU与所述神经元芯片通讯连接,所述LonWorks接口电路分别与LonWorks总线、神经元芯片通讯连接,所述电源分别与所述MCU、神经元芯片通讯连接以为所述MCU、神经元芯片供电,所述上位机系统与所述MCU通讯连接,所述上位机能够显示CAN 总线数据和LonWorks总线数据,并能进行转换逻辑编程,所述EEPROM与所述神经元芯片通讯连接以存储LonTalk协议配置数据。
优选地,所述CAN接口电路包括CAN收发器和隔离器,所述隔离器连接在所述CAN收发器和MCU之间。
优选地,所述LonWorks接口电路为LonWorks收发器。
一种CAN-LonWorks协议转换方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、上位机系统提供编程界面,用户在上位机系统的编程界面编辑CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk转CAN的转换逻辑,进而实现CAN和LonTalk之间的转换逻辑的编辑;
步骤二、通过上位机系统的操作,将CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk转 CAN的转换逻辑下载到MCU,MCU将CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk转CAN 的转换逻辑存储至MCU内部的快闪存储器或者所述的外部快闪存储器内;
步骤三、MCU接收并处理CAN接口电路传送的CAN数据报文,对CAN数据报文按照CAN转LonTalk转换逻辑进行解析处理,进而输出CAN数据报文经CAN转 LonTalk转换逻辑转换后对应的LonTalk数据报文,然后将该LonTalk数据报文发送到神经元芯片中,进而向LonWorks接口输出该LonTalk数据报文;
LonWorks总线经LonWorks接口电路向神经元芯片传送的LonTalk数据报文被传送至MCU中,MCU接收神经元芯片的LonTalk数据报文,解析并执行LonTalk转CAN 转换逻辑,向CAN接口电路输出转换为CAN数据报文的LonTalk数据报文;
如此CAN接口电路进行CAN数据报文的收发;LonWorks接口电路进行LonTalk 数据报文的收发;
步骤四、通过CAN接口电路收发的CAN数据报文对应的CAN总线数据以及通过LonWorks接口电路收发的LonTalk数据报文对应的LonTalk总线数据通过上位机系统进行显示。
CAN和LonTalk之间转换逻辑的编辑包括设置CAN协议的帧类型、帧格式与LonTalk协议的消息类型之间的转换逻辑。
作为改进,CAN转LonTalk的转换逻辑方法为:编辑CAN协议的识别符、长度、数据的赋值表达式,所述赋值表达式包括LonTalk协议的消息编码或网络变量选择器、长度、数据以及操作符,所述操作符包括逻辑运算符和算术运算符。
作为改进,LonTalk转CAN的转换逻辑方法为:编辑LonTalk协议的消息编码或网络变量选择器、长度、数据的赋值表达式,所述赋值表达式包括CAN协议的识别符、长度、数据以及操作符,所述操作符包括逻辑运算符和算术运算符。
上位机系统显示CAN总线数据和LonTalk总线数据的过程为:MCU存储最近一次从CAN接口电路接收的CAN数据报文,标志为接收的CAN数据报文;
MCU存储最近一次根据LonTalk转CAN转换逻辑转换而来的CAN数据报文,标识为发送的CAN数据报文;
MCU存储最近一次从神经元芯片接收的LonTalk数据报文,标志为接收的LonTalk数据报文;
MCU存储最近一次根据CAN转LonTalk转换逻辑转换而来的LonTalk数据报文,标识为发送的LonTalk数据报文;
上位机系统从MCU获取接收的CAN数据报文、发送的CAN数据报文、接收的 LonTalk数据报文和发送的LonTalk数据报文;
上位机系统在界面上实时更新显示CAN总线数据和LonWorks总线数据,所述CAN总线数据包括接收的CAN数据报文、发送的CAN数据报文,所述LonWorks总线数据包括接收的LonTalk数据报文和发送的LonTalk数据报文。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明中的可编程转换逻辑的CAN-LonWorks 协议转换器及协议转换方法可以通过上位机系统对CAN和LonTalk之间的转换逻辑进行编程,进而下载至MCU中使用,如此在CAN-LonWorks协议转换的不同应用场景,通过对CAN和LonTalk之间的转换逻辑的适应性编程来满足应用需求,使得CAN总线和LonWorks总线的应用范围更广。
附图说明
图1为CAN协议的数据帧格式图。
图2为LonWorks节点之间的应用消息报文结构图。
图3为LonWorks节点之间的外来帧消息报文结构图。
图4为LonWorks节点之间的网络变量报文结构图。
图5为本发明实施例中可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换器的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图5 所示,本实施例中的可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换器,包括CAN接口电路1、MCU2、神经元芯片3、LonWorks接口电路4、外部快闪存储器5、电源6、EEPROM7以及上位机系统8。
其中MCU2上集成有CAN控制器以用于完成CAN数据的处理。
MCU2、神经元芯片3上均连接一个外部快闪存储器5。MCU2通过I2C或SPI或 SCI的通讯方式与外部快闪存储器5通信进行数据读写。神经元芯片3通过I2C或SPI 或SCI的通讯方式与所述外部存储器Flash通信进行数据读写。
CAN接口电路1分别与CAN总线、MCU2通讯连接,CAN接口电路1包括CAN 收发器和隔离器,隔离器连接在CAN收发器和MCU2之间。
MCU2与神经元芯片3通讯连接。MCU2通过I2C或SPI或SCI或UART通讯方式与神经元芯片3通信完成数据交换。
LonWorks接口电路4分别与LonWorks总线、神经元芯片3通讯连接,电源6分别与MCU2、神经元芯片3通讯连接以为MCU2、神经元芯片3供电。本实施例中LonWorks 接口电路4为LonWorks收发器。
上位机系统8与MCU2通讯连接,上位机能够显示CAN总线数据和LonWorks总线数据,并能进行转换逻辑编程。MCU2通过UART/USB/以太网通讯方式与上位机系统8通信完成人机交互。
EEPROM7与神经元芯片3通讯连接以存储LonTalk协议配置数据。神经元芯片3 通过I2C/SPI/SCI通讯方式与所述EEPROM7通信进行数据读写。
采用前述的CAN-LonWorks协议转换器进行的CAN-LonWorks协议转换方法,包括以下步骤:
步骤一、上位机系统8提供编程界面,用户在上位机系统8的编程界面编辑CAN 转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk转CAN的转换逻辑,进而实现CAN和LonTalk之间的转换逻辑的编辑;
步骤二、通过上位机系统8的操作,将CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk 转CAN的转换逻辑下载到MCU2,MCU2将CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk 转CAN的转换逻辑存储至MCU2内部的快闪存储器或者所述的外部快闪存储器5内;
CAN和LonTalk之间转换逻辑的编辑包括设置CAN协议的帧类型、帧格式与LonTalk协议的消息类型之间的转换逻辑;
CAN转LonTalk的转换逻辑方法为:编辑CAN协议的识别符、长度、数据的赋值表达式,所述赋值表达式包括LonTalk协议的消息编码或网络变量选择器、长度、数据以及操作符,所述操作符包括逻辑运算符和算术运算符;
LonTalk转CAN的转换逻辑方法为:编辑LonTalk协议的消息编码或网络变量选择器、长度、数据的赋值表达式,所述赋值表达式包括CAN协议的识别符、长度、数据以及操作符,所述操作符包括逻辑运算符和算术运算符;
步骤三、MCU2接收并处理CAN接口电路1传送的CAN数据报文,对CAN数据报文按照CAN转LonTalk转换逻辑进行解析处理,进而输出CAN数据报文经CAN转 LonTalk转换逻辑转换后对应的LonTalk数据报文,然后将该LonTalk数据报文发送到神经元芯片3中,进而向LonWorks接口输出该LonTalk数据报文;
LonWorks总线经LonWorks接口电路4向神经元芯片3传送的LonTalk数据报文被传送至MCU2中,MCU2接收神经元芯片3的LonTalk数据报文,解析并执行LonTalk 转CAN转换逻辑,向CAN接口电路1输出转换为CAN数据报文的LonTalk数据报文;
如此CAN接口电路1进行CAN数据报文的收发;LonWorks接口电路4进行LonTalk 数据报文的收发;
步骤四、通过CAN接口电路1收发的CAN数据报文对应的CAN总线数据以及通过LonWorks接口电路4收发的LonTalk数据报文对应的LonTalk总线数据通过上位机系统8进行显示;
上位机系统8显示CAN总线数据和LonTalk总线数据的过程为:MCU2存储最近一次从CAN接口电路1接收的CAN数据报文,标志为接收的CAN数据报文;
MCU2存储最近一次根据LonTalk转CAN转换逻辑转换而来的CAN数据报文,标识为发送的CAN数据报文;
MCU2存储最近一次从神经元芯片3接收的LonTalk数据报文,标志为接收的LonTalk数据报文;
MCU2存储最近一次根据CAN转LonTalk转换逻辑转换而来的LonTalk数据报文,标识为发送的LonTalk数据报文;
上位机系统8从MCU2获取接收的CAN数据报文、发送的CAN数据报文、接收的LonTalk数据报文和发送的LonTalk数据报文;
上位机系统8在界面上实时更新显示CAN总线数据和LonWorks总线数据,所述 CAN总线数据包括接收的CAN数据报文、发送的CAN数据报文,所述LonWorks总线数据包括接收的LonTalk数据报文和发送的LonTalk数据报文。
本发明中的可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换器及协议转换方法可以通过上位机系统8对CAN和LonTalk之间的转换逻辑进行编程,进而下载至MCU2中使用,如此在CAN-LonWorks协议转换的不同应用场景,通过对CAN和LonTalk之间的转换逻辑的适应性编程来满足应用需求,使得CAN总线和LonWorks总线的应用范围更广。
Claims (4)
1.一种可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换方法,其特征在于:采用可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换器实现,可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换器包括CAN接口电路、MCU、神经元芯片、LonWorks接口电路、外部快闪存储器、电源、EEPROM以及上位机系统,所述MCU上集成有CAN控制器以用于完成CAN数据的处理,所述MCU、神经元芯片上均连接一个外部快闪存储器,所述CAN接口电路分别与CAN总线、MCU通讯连接,所述MCU与所述神经元芯片通讯连接,所述LonWorks接口电路分别与LonWorks总线、神经元芯片通讯连接,所述电源分别与所述MCU、神经元芯片通讯连接以为所述MCU、神经元芯片供电,所述上位机系统与所述MCU通讯连接,所述上位机能够显示CAN总线数据和LonWorks总线数据,并能进行转换逻辑编程,所述EEPROM与所述神经元芯片通讯连接以存储LonTalk协议配置数据;
采用CAN-LonWorks协议转换器进行的CAN-LonWorks协议转换方法,包括以下步骤:
步骤一、上位机系统提供编程界面,用户在上位机系统的编程界面编辑CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk转CAN的转换逻辑,进而实现CAN和LonTalk之间的转换逻辑的编辑;
步骤二、通过上位机系统的操作,将CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk转CAN的转换逻辑下载到MCU,MCU将CAN转LonTalk的转换逻辑以及LonTalk转CAN的转换逻辑存储至MCU内部的快闪存储器或者所述的外部快闪存储器内;
步骤三、MCU接收并处理CAN接口电路传送的CAN数据报文,对CAN数据报文按照CAN转LonTalk转换逻辑进行解析处理,进而输出CAN数据报文经CAN转LonTalk转换逻辑转换后对应的LonTalk数据报文,然后将该LonTalk数据报文发送到神经元芯片中,进而向LonWorks接口输出该LonTalk数据报文;
LonWorks总线经LonWorks接口电路向神经元芯片传送的LonTalk数据报文被传送至MCU中,MCU接收神经元芯片的LonTalk数据报文,解析并执行LonTalk转CAN转换逻辑,向CAN接口电路输出转换为CAN数据报文的LonTalk数据报文;
如此CAN接口电路进行CAN数据报文的收发;LonWorks接口电路进行LonTalk数据报文的收发;
步骤四、通过CAN接口电路收发的CAN数据报文对应的CAN总线数据以及通过LonWorks接口电路收发的LonTalk数据报文对应的LonTalk总线数据通过上位机系统进行显示;
CAN和LonTalk之间转换逻辑的编辑包括设置CAN协议的帧类型、帧格式与LonTalk协议的消息类型之间的转换逻辑;
CAN转LonTalk的转换逻辑方法为:编辑CAN协议的识别符、长度、数据的赋值表达式,所述赋值表达式包括LonTalk协议的消息编码或网络变量选择器、长度、数据以及操作符,所述操作符包括逻辑运算符和算术运算符;
LonTalk转CAN的转换逻辑方法为:编辑LonTalk协议的消息编码或网络变量选择器、长度、数据的赋值表达式,所述赋值表达式包括CAN协议的识别符、长度、数据以及操作符,所述操作符包括逻辑运算符和算术运算符。
2.根据权利要求1所述的可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换方法,其特征在于:所述CAN接口电路包括CAN收发器和隔离器,所述隔离器连接在所述CAN收发器和MCU之间。
3.根据权利要求1所述的可编程转换逻辑的CAN-LonWorks协议转换方法,其特征在于:所述LonWorks接口电路为LonWorks收发器。
4.根据权利要求1所述的CAN-LonWorks协议转换方法,其特征在于:上位机系统显示CAN总线数据和LonTalk总线数据的过程为:MCU存储最近一次从CAN接口电路接收的CAN数据报文,标志为接收的CAN数据报文;
MCU存储最近一次根据LonTalk转CAN转换逻辑转换而来的CAN数据报文,标识为发送的CAN数据报文;
MCU存储最近一次从神经元芯片接收的LonTalk数据报文,标志为接收的LonTalk数据报文;
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