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基于LPC2292 的CAN-以太網網關的設計

[日期:2011-03-23] 來源:  作者:饒運濤 [字體: ]

  1. 引言

  一個分布式工業控制網絡系統包含了不同層次和類型的網絡,其上層為企業管理,一般都是基于 以太網 ;而下層現場控制則采用現場總線(如 CAN )組建的網絡。這兩者之間信息交換的核心是不同類型的網絡協議的轉換,提高轉換速度是設計中考慮的重點;為此,本設計選用高效的32 位微處理器,并在軟件上采取有效措施。

 

  2. 以太網與CAN 網的幀格式

  首先簡要介紹兩類網絡數據鏈路層幀結構。以太網幀格式如圖1-a 所示。

CAN 數據幀格式

1-b. CAN 數據幀格式

  圖1 以太網與CAN 的幀格式 該以太網幀的最小長度為64 字節,最大長度為1518 字節(6+6+2+1500+4)。CAN 數據幀如圖1-b 所示,其中仲裁域標識符在標準格式中有11 位,擴展格式中有29 位。

  3. 網關 的硬件結構

  網關的硬件包括微處理器和相應網絡各自執行數據鏈路層與物理層協議的器件。本方案中選用ARM7TDMI 型的LPCC2292 為核心,因為它內置有兩個 CAN 控制器,所以電路就簡潔許多;當然,更重要的是這種32 位RISC 單片機的強大功能和高速度。在以太網方,綜合考慮轉換速度與接口特點,選用 ReaLTEk 公司生產的MAC 網絡接口芯片RTL8019AS。整個網關結構如圖2 所示。

網關硬件整體框

圖2  網關硬件整體框圖

  3.1 LPC2292 簡介

  LPC2292 是144 腳封裝,內有兩個32 位定時器、八路10 位ADC、兩路CAN 通道、 PWM 通道以及多達九個的外部中斷, 內部嵌入256K 字節高速Flash 存儲器和16K 字節靜態RAM,還有76 (擴展了外部存儲器時)~112 (單片)個GPIO 口。如此豐富的片上資源完全可以滿足多數工業控制的需要, 同時還可以減少系統硬件設計的復雜度。另外,LPC2292支持JTAG 實時仿真和跟蹤、128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構, 使32 位代碼能夠在高達60MHz頻率下執行。本設計中使用到的LPC2292 引腳如圖3 所示。

本設計中LPC2292被使用的引腳邏輯圖

圖3 本設計中LPC2292被使用的引腳邏輯圖

  3.2 以太網的MAC 網絡接口芯片

  RTL8019AS 能滿足本系統的需要(傳輸速度達10Mbps),并且有較高的性價比;它是ISA 接口的通用以太網絡接口芯片,具有16 位的數據總線和24 位的地址總線。 RTL8019AS 具有曼徹斯特編碼、沖突檢測和重發的功能,可以與很少的外圍電路一起完成數據的發送和接收功能。

  RTL8019AS 片內寄存器分為NE2000 寄存器組和PNP 寄存器組。在本設計中主要用到的是NE2000 寄存器組,該組寄存器共包括4 頁寄存器,每一頁包括16 個寄存器(詳細內容請看參考文獻4), 頁的選擇通過設置CR 寄存器中的PS0 和PS1 位實現。

  3.3 RTL8019AS 與LPC2292 的接口

  RTL8019AS 與主控制器有3 種接口模式,即跳線模式、PnP模式和免跳線模式。在本設計中采用跳線模式。跳線模式芯片的配置主要由主控芯片決定。部分引腳連接說明如下(限于篇幅,電路圖省略):

  JP 接高電平, 選擇跳線模式,部分設置由引腳決定;BS[4..0]:接地,禁止使用BROM ; IOS[3..O]:接地,RTL8019AS內部寄存器總線的基地址從300H 開始;IRQS[2..0」:接地,使用IRQ2/9 做中斷請求引腳:AUI:接低電平,接口采用BNC 方式,使用雙絞線或同軸電纜;PL1, PL0:接低電平,自動檢測以太網接口類型;SMEMRB,SMEMWB:接高電平;AEN:地址有效信號,接地;IOCS16B:通過300 歐電阻接高電平,使用16 位模式。

  除了上述的這些引腳外,RTL8019AS的地址線、數據線、讀寫信號線,中斷引腳,復位引腳等需要與LPC2292 連接(圖3)。這些引腳的連接如下所述:

  RTL8019AS 的地址為20 位, 地址空間為300H-31FH, 第19 位到第5 位是固定的,實際上只要把它的低5 位與LPC2292 的A5-A1 相連即可。

  電路設計為16 位數據總線方式。這里要注意的是:由于RTL8019AS 工作電源為5V 而LPC2292 的I/O 電壓為3.3V,所以在RTL8019AS 與LPC2292 連接時,需要在兩者之間的數據總線和中斷信號線上串接470 歐的保護電阻。

  3.4 CAN總線的接口電路

  本系統中CAN 接口比較簡單,LPC2292只需外接CAN 收發器即可(圖2 中82C250)。


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