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(多图) 基于LPC2292 的CAN-以太网网关的设计

饶运涛?? 2008年12月05日 ?? 收藏0

  1. 引言

  一个分布式工业控制网络系统包含了不同层次和类型的网络,其上层为企业管理,一般都是基于以太网;而下层现场控制则采用现场总线(如CAN)组建的网络。这两者之间信息交换的核心是不同类型的网络协议的转换,提高转换速度是设计中考虑的重点;为此,本设计选用高效的32 位微处理器,并在软件上采取有效措施。

  2. 以太网与CAN 网的帧格式

  首先简要介绍两类网络数据链路层帧结构。以太网帧格式如图1-a 所示。

CAN 数据帧格式

1-b. CAN 数据帧格式

  图1 以太网与CAN 的帧格式 该以太网帧的最小长度为64 字节,最大长度为1518 字节(6+6+2+1500+4)。CAN 数据帧如图1-b 所示,其中仲裁域标识符在标准格式中有11 位,扩展格式中有29 位。

  3. 网关的硬件结构

  网关的硬件包括微处理器和相应网络各自执行数据链路层与物理层协议的器件。本方案中选用ARM7TDMI 型的LPCC2292 为核心,因为它内置有两个 CAN 控制器,所以电路就简洁许多;当然,更重要的是这种32 位RISC 单片机的强大功能和高速度。在以太网方,综合考虑转换速度与接口特点,选用 Realtek 公司生产的MAC 网络接口芯片RTL8019AS。整个网关结构如图2 所示。

网关硬件整体框

图2? 网关硬件整体框图

  3.1 LPC2292 简介

  LPC2292 是144 脚封装,内有两个32 位定时器、八路10 位ADC、两路CAN 通道、 PWM 通道以及多达九个的外部中断, 内部嵌入256K 字节高速Flash 存储器和16K 字节静态RAM,还有76 (扩展了外部存储器时)~112 (单片)个GPIO 口。如此丰富的片上资源完全可以满足多数工业控制的需要, 同时还可以减少系统硬件设计的复杂度。另外,LPC2292支持JTAG 实时仿真和跟踪、128位宽度的存储器接口和独特的加速结构, 使32 位代码能够在高达60MHz 的频率下执行。本设计中使用到的LPC2292 引脚如图3 所示。

本设计中LPC2292被使用的引脚逻辑图

图3 本设计中LPC2292被使用的引脚逻辑图

  3.2 以太网的MAC 网络接口芯片

  RTL8019AS 能满足本系统的需要(传输速度达10Mbps),并且有较高的性价比;它是ISA 接口的通用以太网络接口芯片,具有16 位的数据总线和24 位的地址总线。 RTL8019AS 具有曼彻斯特编码、冲突检测和重发的功能,可以与很少的外围电路一起完成数据的发送和接收功能。

  RTL8019AS 片内寄存器分为NE2000 寄存器组和PnP 寄存器组。在本设计中主要用到的是NE2000 寄存器组,该组寄存器共包括4 页寄存器,每一页包括16 个寄存器(详细内容请看参考文献4), 页的选择通过设置CR 寄存器中的PS0 和PS1 位实现。

  3.3 RTL8019AS 与LPC2292 的接口

  RTL8019AS 与主控制器有3 种接口模式,即跳线模式、PnP模式和免跳线模式。在本设计中采用跳线模式。跳线模式芯片的配置主要由主控芯片决定。部分引脚连接说明如下(限于篇幅,电路图省略):

  JP 接高电平, 选择跳线模式,部分设置由引脚决定;BS[4..0]:接地,禁止使用BROM ; IOS[3..O]:接地,RTL8019AS内部寄存器总线的基地址从300H 开始;IRQS[2..0」:接地,使用IRQ2/9 做中断请求引脚:AUI:接低电平,接口采用BNC 方式,使用双绞线或同轴电缆;PL1, PL0:接低电平,自动检测以太网接口类型;SMEMRB,SMEMWB:接高电平;AEN:地址有效信号,接地;IOCS16B:通过300 欧电阻接高电平,使用16 位模式。

  除了上述的这些引脚外,RTL8019AS的地址线、数据线、读写信号线,中断引脚,复位引脚等需要与LPC2292 连接(图3)。这些引脚的连接如下所述:

  RTL8019AS 的地址为20 位, 地址空间为300H-31FH, 第19 位到第5 位是固定的,实际上只要把它的低5 位与LPC2292 的A5-A1 相连即可。

  电路设计为16 位数据总线方式。这里要注意的是:由于RTL8019AS 工作电源为5V 而LPC2292 的I/O 电压为3.3V,所以在RTL8019AS 与LPC2292 连接时,需要在两者之间的数据总线和中断信号线上串接470 欧的保护电阻。

  3.4 CAN总线的接口电路

  本系统中CAN 接口比较简单,LPC2292只需外接CAN 收发器即可(图2 中82C250)。


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