以太网和CAN总线的协议转换

1、2011年第12期韦娟等：以太网和CAM总线的协议转揍21文章编号：1006-2475( 2011) 12-0020-03以太网和CAN总线的协议转换韦娟I,蒋道霞2(I.江苏财经职业技术学1%信息中心江苏淮安223003；2江苏财经职业技术学院计算机工程与艺术设计系江苏淮安223003)摘要:CAN总线和工业以太网越来越冬地使用在炉山建设上。在炉山敦据管理层基于标准TCP/IP协议的工业以太何 得到了巨大的应用因此研究CAN总线与以太网之间的互联几有童委的現实总义.本文圧研完以丸网和CAN总找的虽丄分析工业以丸网关的具休功能提出工业以太网和CAN总线的谆议互转 解决方案，针对煤矿监控系统的特

2、点设计一种应用层的信息规范统一了冬种煤矿监控设备的敦据格式并研究出了详 细的CAN网络与以太网协议的转换有利于管理层的敎携处理关键词：CAN总线；以太网：网关；协议转換中图分类号:TP393 文献标识码：A doi： 10.3969Zj. in. 1006475. 2011.12.006Protocol Conversion Between Ethernet and CAN BusWEI Juan1, JIANG Dao-xia2I I. hJbnnation Goiter. Jiangu KatiHial ai)(l Technical Coll绵* of Finance & Economi

3、c. Huai an 223003. China:2 DejM.cjf Gniuler Eigwrii学 aul ArtJianpu VaicaMukd ami rIecluii(ul CoUqs* ul milling. iinluMnal Elliemet bdzzl on Mandanl TCP/IP pnitocol hjy been wideh itmwI Thenon*. the lmly alxiut coniMMtiv- ity between CAN bus and Ethernet has an important practical significance.Tliis

4、thesis offer* a solution alM)ut connectivity between CAN bus and Ethernet on the basis of studies about them. And also rontnd and nianaeinenl arv uniGed At the bank* ihi ihri、landanlizeh the inAnnation of application laynr ami unifies the data format of a variety of monitoring equipment acconlin*; t

5、o the cliaracteritic of coal nnne monitoring svsiein. It is useful for the management layer on data pnx essinKey words： CAN l)u: Elhemet： ateuay: pniloco) conversion 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/wwu,2011年第12期韦娟等：以太网和CAM总线的协议转揍21 1994-2012 C

6、hina Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/wwu,2011年第12期韦娟等：以太网和CAM总线的协议转揍21图1网力接入环境结构图收稿日再:20114)922基金项目:江苏省教育厅T程技术研发中心项川JH10-42):淮安市科技支採项目(HAG20I0049)作者简介：I碉(1981T .女.江苏淮安人,江苏财经駅业技术学院侑息中心讲师.网络I里师硕士,研究方向：网络应用:需 道瞅19664 女江苏淮安人江苏财经职业技术学院计算机I.程与艺术设计系副教授.博上.研究方向：网络性能。

7、1研究背景现有的煤矿安全监测系统虽可以对井下的情况 不断地监测但由于它们大部分属于封闭式系统对 网络支持能力不强无法做到信息的共亨.系统接入 网关技术能够在监控系统网络与IP网络之间充当 转换器的角色把來口煤矿井下监测监控系统的实时 信息传送到W网络上去，及时实现信息的共亨并作 出相应的处理如图1所示。通常在CAN网和以太网之间加入转换接口。如 加入中继器、网桥、路I扑器等专门的硕件设备,确件设 备可以是一台专门的计算机，依靠其中运行的软件完成数据包的识别、解释和转换对于名网段的应用它 还可以在不同网段之间存储转发数据包，起到网桥的 作用。此外硬件设备还可以是一块智能接口网板. 如Fishrr

8、Rosemount公司的Drltav系统就通过一块机 柜中的川接口卡完成现场总线智能设备与以太网 中央监控计算机之间的数据通信化比较典也的架构是以太网控制芯片+微处理器 + CAN控制芯片，如图2所示.图2网关架构在c A 1设备和以太网之间加入转换接口，来解 决CAN和以太网的信息共享问起。2煤矿应用层通讯协议及协议转换2.1煤矿应用层通讯协议设计冃前T.业以太网的应用层没冇统一的T.业适用 的协议.即使各个监控系统都是基于工业以太网的. 它们也并不能实现数据的共亨要实现系统之间的数 期共孚还安统一的应用层的协议格式。针对煤矿煤矿信息化不仅要求单个矿井能够实 现信息化.即每个矿井不能是一个单

9、独的信息中心 而是必须能够和矿务(集团)局的信息中心连接便 得在矿务(集团)局的信息中心就能监测到矿井的运 行情况本协议充分不虑了这一点能够实现从矿务 (集团)局的信息中心到矿片的任何一个设备的信息 整合。协议结构如图3所示。7bit优先级局级标识Kbit 0级标iR8bit子系统标识8bit 设备 II) 低引川设备8师命令字”讪数据标识髙亟数抑;低8师数据校脸码图3煤矿应用层协议下面将分别解释各个字段的意义：(1) 优先级：表乐该信息帧的优先级，占有7bit, 一共可以冇128个优先级，数字越大优先级越髙。 这是为了保证控制系统的实时性.这里有一种特殊悄况，当优先级为全置1时，表 示矿务局

10、越级往矿井设备发送的信息当冇紧急情 况发牛时矿务局町以通过发送优先级为0 x7 F的信 息帧越级控制设备。(2) 局级标识：用来标识该信息帧是否往矿务 (集团)局发送占lbit- 0表示信息不往矿务局发 送；1表示往矿务局发送(3) 矿级标识:占8bii,范围0-255,可以标识 256个矿井。(4) 子系统标识：系统在矿中的编号，占8bii范 围0 256 可以标识256个子系统.(5) 设备ID:设备的ID占16bit,范围065535, 可以标识65536个设备(6) 命令字:标识命令类型.范鬧0 -255.可以标 识256个命令。这个命令针对不同的设备可以允许 用户进行扩充。(7) 数

11、据标识：占8bit.范围0 255,可以标识 256个不同的数据意义。这个数据标识是针对不同 的命令字而设的不同的命令字可以冇不同的几个数 据标识。(8) 数据：占16bite数据是针对数据标识的数 据代表数据标识的值。(9) 校验码:采用CKC校验。校验数据从数据报 开始即优先级处到数据尾部结束。2.2以太网数据与CAN数据协议转换当数据从CAN总线向以太网转换时CAN协议 使用标准帧格式。网关取出CAN总线数据.将仲裁 字段中11位标识符由髙到低转换为以太网应用层中 1994-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House.

12、All rights reserved. http:/wwu,22计算机与現代化2011年第12期的高8bii设备ID和低8bii设备ID。数据字段由髙 到低分别写入命令字、数据标识利数据中。子系统标 识是根据设备ID查ifiJJt性，填人英优先级、局级优 先级、矿级标识、子系统标识加上校验码完成CAN 数据帧向以太网应用层协议的转换。如图4所示。以太网应用层数据向CAN数据帧转换时，将设 备的高8lit设备ID和低8bii设备ID写入CAN数据 帧的前两个字疔，数据的前两个字节参加滤波在 CAN总线中用来识别设备.后面的8l）it命令字、8bii 数据标识和16bii的数据写人数据的后4个字

13、节。如 图5所示.3网关的设计与实现3. 1网关总体设计CAN总线结构和以太网网络模型都是分层定义 的网络通信协议标准，但CAN总线与以太网的协议 冇着根本的不同。该网关的主要功能是完成协议转 换。可以用一台有CAN总线适配卡和Ethrrnrt Card 的PC经济地实现该网关的功能。苴T.作原理如下:一方面企业网内拥冇权限的终 端发给现场智能节点的控制指令在企业网内根据设 汁的控制应用层协议被打包成TCP/IP包，该数据包 通过以太网传递给符合妥求的网关此时网关映射为 以太网上服务器的一个从站。网关接到数据包后根 据CAN协议对拆包后的数据重新打包然后把数据 传给现场的H的智能节点此时网关映

14、射为现场总线 上的一个主站。这样就可以实现企业网终端对现场 的控制另一方而各个钢能节点的状态数据通过 CAN总线提交给网关，网关将CAN数据转化为以太 网数据。再通过以太网送达给目的主机，用T企业的 诊断和决策.如图6所示.图6互联整考模型3.2网关的通信过程CAN设备向以太网设备发送数据时，首先CAN 设备牛成CAN报文定时向CAN总线发送数据.网 关中CAN通信模块接收到CAN报丈后敗到缓冲区 中以太网通信模块将报文取出转换成应用反数据协 议牛成1P包中的数据场填充IP报头交由底层协 议发送到H的主机11的主机将数据存储下来。反 之将以太网数据传给CAN设备时以太网数据经过 总线接11,首

15、先判断是否是本网关数据如果是本网 关数据取出应川层数据放到数据缓冲区中在CAN 数据模块中将Jt转化为CAN帧并发送数据4网关测试及结果网关性能测试连接图如图7所示.图7网关测试连接图两个网关之间通过CAN和4连接，毎个网关通 过局域网和PC相连。测试软件使用SocknTool使 用SocketTool在FC1和PC2上分别创建一个Socket 客户端PC1通过Socket向网关1发送数据网关1 将数据转换成CAN数据帧通过CAN传输到网关2 上网关2母将CAN数据帧转换成以太网数据帧传 输到PC2上接收。反之从PC2发数据到PC1。测试结果表明.网关数据传输可霜、稳定实时性 较好。5结束语本

16、文在研究T.业以太网和CAN总线的基础上. 分析丁业以太网接人网关的具体功能设计一种针对 煤矿系统的以太网应用层的信息规范这样以太网端 服务器在接收数据时就不再需耍解析数据段的内容 并重点分析和实现煤矿应用层与CAN协议的转换, 完成网络结构连接图。最后对网关进行测试连接 良好.（下转第26页） 包丢失、断线问题得到了明2的补偿性解决从而提 高了车辆监控系统在采用UDP协议进行通信前提下 的数据通信质员和可幕性.参考文献：1 许8L冯山.使用C#语言进行多线程程序设计J 计算 机工程.2003,29( 5):12173.2 宋淸昆刘小赭.(；PS乍辆监控系统乍栽终端的设计与实现J.自动化技术与

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