TCP/IP網絡與CAN網絡網關的設計與實現

楊甜甜

（湖南省長沙縣第一中學，湖南 長沙 410100）

TCP/IP網絡與CAN網絡網關的設計與實現

楊甜甜

（湖南省長沙縣第一中學，湖南 長沙 410100）

本文通過針對TCP/IP網絡和CAN網絡網關的相關設計進行研究，以期為設計者提供借鑒。

TCP/IP；CAN網絡網關；設計；實現

TCP/IP和CAN屬于兩種當前使用非常廣泛的網絡協議，其各具特色成為了當前Internet史上最為流行的協議。所有的TCP/IP協議網絡均可將其稱為TCP/IP網絡，但是由于其輸出的方式和效率極低難以滿足當前工業場所的實時性和可靠性要求①。而CAN網絡則是一種現場總線控制網關在工業控制領域已經得到了廣泛的應用，其遠程的通信能力顯得非常薄弱，難以解決好TCP/IP的接入問題。本文所述的網關主要是采用計算機外掛CAN盒子來進行網關設計，另外還可以有效實現CAN總線和TCP/IP網絡協議直接互聯。

一、網關模型設置

選用網關模型的時候，可以選取TCP/IP與CAN兩個網絡協議組成不同結構網絡。二者網絡模型在實現的時候，必須要完成對信息的封裝，然后再完成對TCP/IP和CAN網絡數據解封，從而為完成以后的數據交換提供保障。TCP/IP與CAN在開展網絡模型構建的時候，必須建立在OSI模型設計之下。OSI模型為互聯網建模的基礎，其為各個計算機技術提供相應的基礎和標準，且每個標準之間又保持著一致性和兼容。OSI模型分為7個層次，最底層為物理層，最頂層為應用層，每個層次之間具有不同的定義和功能，其中在OSI建立的模型中，地酸曾為底層，4層到頂層高層；OSI底層其主要是完成數據傳輸功能，而高層則主要是通信功能的處理，不同的層次之間其定義也不一樣，同時對于網絡模型的認識也不一樣②。

TCP/IP在OSI模型之中沒有表示層和對話層，這些層次模型如圖1所示，其中數據鏈層次的定義與OSI的模型存在著很大的差異。TCP/IP網絡模型其主要的構成由兩個LLC、MAC等構成，這個模型的主要功能就是實現對數據的封裝和拆裝。而在此模型之中的MAC則主要起到控制功能作用，對于傳輸介質完成訪問。具體來說，CAN控制總線僅僅支持OSI模型中最低兩層結構，同TCP/IP一樣，數據鏈路層也會控制子曾和介質訪問控制子層2個部分。網關必須完成數據讀取和發送，其必須具備CAN能力，同時還必須以Ethernet定義出網絡的層次。

圖1 TCP/IP網絡模型

從網絡模型可以看出，不同的TCP/IP在應用層中定義了一個管理協議，而這些管理協議將很好的調節TCP/IP和CAN網絡模型之間數據傳輸情況，而網關的管理協議則包含了TCP/IP的應用層和CAN總線站點管理③。TCP/IP和CAN網絡連接部分，其在進行定義的時候，各自之間的網絡模型仍然保持著一致。

二、硬件設計及實現

目前市場上所使用的CAN總線器件一共分為兩個大類，其中一種是CAN的控制器，另外一種就是帶有CAN微型控制器，例如，82C200、Intel82527、Intel8526等均為獨立的CAN控制器，本次實驗選取獨立CAN總線控制的Intel 82527作為實驗的控制器，選用的收發器為82C250。然后通過增強并口來提升數據傳輸速度，尤其是必須提升小數據塊的傳輸速度，針對經常變換的數據傳輸設備，更需要對其傳輸的速度要求更高。EPP模式在進行數據傳輸的時候，其比較簡單，采用雙向并口的EPP模式建立起8位并行總線，使用該總線驅動EPP-CAN轉換卡，通過此轉換卡來實現對并行總線協議和CAN協議之間的互換，從而實現PC機子和CAN總線互連。

選用的EPP模型其端口數據傳輸的速度能夠達到每秒500Kb到2兆之間，所以該系統對于端口的數據傳輸性能要求很高，若外設的響應太慢，那么系統的整體性能將會受到嚴重影響。采用EPP-CAN硬件轉換卡的電路之中，使用LV161284總驅動器實現EPP和FPGA互連。CAN總線收發器為相應的連接端口提供物理總線接口，其支撐的節點達到110多個，并且能夠以1Mbps的速度在劣勢環境下進行電氣工作。采用兩片CAN控制器A和B形成兩個通道的冗余方案，實際操作過程中必須進行通道收發。實驗時，將EPP-CAN轉換卡盒子密封其中，并且通過EPP口將其外掛在計算機上，通過TCP/IP網絡協議完成數據交換。

三、軟件設計及實現

設置網關模型的時候，采用OSI作為參考模型，對于CAN網絡，通常規定了相應的物理層和數據鏈路層次，在完成數據傳輸的時候，基本的應用協議層根據其具體的情況來實現定義。對于TCP/IP網絡協議，數據傳輸層采用UDP或者是采用TCP完成數據轉換，互聯網則采用IP協議完成數據傳輸。

CAN網關接口進行設計的時候，必須要注意其具體的定義和功能差異，CAN網絡接口主要是實現設備之間的通信。CAN網絡接口模塊包含了CAN物理層、鏈路層、應用層以及傳輸層等模塊，這些模塊之間具有獨立的協議，而且在相鄰的子模塊和調用下層協議模塊實現端口服務。

注釋：

①孫展.基于IPv6的無線傳感器網絡網關的設計與實現[D].解放軍信息工程大學,2007.

②丁寧.車載MOST/CAN網關設計與實現[D].吉林大學,2010.

③金峰.基于CAN總線的以太網互連系統設計 [D].合肥工業大學, 2006.

TP393.05

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1005-5312（2015）11-0287-01