TCP/IP网络与CAN网络网关的设计与实现

摘   要：本文通过针对TCP/IP网络和CAN网络网关的相关设计进行研究，以期为设计者提供借鉴。

关键词：TCP/IP;CAN网络网关;设计;实现

中图分类号：TP393.05        文献标识码：A        文章编号：1005-5312（2015）11-0287-01

TCP/IP和CAN属于两种当前使用非常广泛的网络协议，其各具特色成为了当前Internet史上最为流行的协议。所有的TCP/IP协议网络均可将其称为TCP/IP网络，但是由于其输出的方式和效率极低难以满足当前工业场所的实时性和可靠性要求①。而CAN网络则是一种现场总线控制网关在工业控制领域已经得到了广泛的应用，其远程的通信能力显得非常薄弱，难以解决好TCP/IP的接入问题。本文所述的网关主要是采用计算机外挂CAN盒子来进行网关设计，另外还可以有效实现CAN总线和TCP/IP网络协议直接互联。

一、网关模型设置

选用网关模型的时候，可以选取TCP/IP与CAN两个网络协议组成不同结构网络。二者网络模型在实现的时候，必须要完成对信息的封装，然后再完成对TCP/IP和CAN网络数据解封，从而为完成以后的数据交换提供保障。TCP/IP与CAN在开展网络模型构建的时候，必须建立在OSI模型设计之下。OSI模型为互联网建模的基础，其为各个计算机技术提供相应的基础和标准，且每个标准之间又保持着一致性和兼容。OSI模型分为7个层次，最底层为物理层，最顶层为应用层，每个层次之间具有不同的定义和功能，其中在OSI建立的模型中，地酸曾为底层，4层到顶层高层;OSI底层其主要是完成数据传输功能，而高层则主要是通信功能的处理，不同的层次之间其定义也不一样，同时对于网络模型的认识也不一样②。

TCP/IP在OSI模型之中没有表示层和对话层，这些层次模型如图1所示，其中数据链层次的定义与OSI的模型存在着很大的差异。TCP/IP网络模型其主要的构成由两个LLC、MAC等构成，这个模型的主要功能就是实现对数据的封装和拆装。而在此模型之中的MAC则主要起到控制功能作用，对于传输介质完成访问。具体来说，CAN控制总线仅仅支持OSI模型中最低两层结构，同TCP/IP一样，数据链路层也会控制子曾和介质访问控制子层2个部分。网关必须完成数据读取和发送，其必须具备CAN能力，同时还必须以Ethernet定义出网络的层次。

从网络模型可以看出，不同的TCP/IP在应用层中定义了一个管理协议，而这些管理协议将很好的调节TCP/IP和CAN网络模型之间数据传输情况，而网关的管理协议则包含了TCP/IP的应用层和CAN总线站点管理③。TCP/IP和CAN网络连接部分，其在进行定义的时候，各自之间的网络模型仍然保持着一致。

二、硬件设计及实现

目前市场上所使用的CAN总线器件一共分为两个大类，其中一种是CAN的控制器，另外一种就是带有CAN微型控制器，例如，82C200、Intel82527、Intel8526等均为独立的CAN控制器，本次实验选取独立CAN总线控制的Intel 82527作为实验的控制器，选用的收发器为82C250。然后通过增强并口来提升数据传输速度，尤其是必须提升小数据块的传输速度，针对经常变换的数据传输设备，更需要对其传输的速度要求更高。EPP模式在进行数据传输的时候，其比较简单，采用双向并口的EPP模式建立起8位并行总线，使用该总线驱动EPP-CAN转换卡，通过此转换卡来实现对并行总线协议和CAN协议之间的互换，从而实现PC机子和CAN总线互连。

选用的EPP模型其端口数据传输的速度能够达到每秒500Kb到2兆之间，所以该系统对于端口的数据传输性能要求很高，若外设的响应太慢，那么系统的整体性能将会受到严重影响。采用EPP-CAN硬件转换卡的电路之中，使用LV161284总驱动器实现EPP和FPGA互连。CAN总线收发器为相应的连接端口提供物理总线接口，其支撑的节点达到110多个，并且能够以1Mbps的速度在劣势环境下进行电气工作。采用两片CAN控制器A和B形成两个通道的冗余方案，实际操作过程中必须进行通道收发。实验时，将EPP-CAN转换卡盒子密封其中，并且通过EPP口将其外挂在计算机上，通过TCP/IP网络协议完成数据交换。

三、软件设计及实现

设置网关模型的时候，采用OSI作为参考模型，对于CAN网络，通常规定了相应的物理层和数据链路层次，在完成数据传输的时候，基本的应用协议层根据其具体的情况来实现定义。对于TCP/IP网络协议，数据传输层采用UDP或者是采用TCP完成数据转换，互联网则采用IP协议完成数据传输。

CAN网关接口进行设计的时候，必须要注意其具体的定义和功能差异，CAN网络接口主要是实现设备之间的通信。CAN网络接口模块包含了CAN物理层、链路层、应用层以及传输层等模块，这些模块之间具有独立的协议，而且在相邻的子模块和调用下层协议模块实现端口服务。

注释：

①孙展.基于IPv6的无线传感器网络网关的设计与实现[D].解放军信息工程大学，2007.

②丁宁.车载MOST/CAN网关设计与实现[D].吉林大学，2010.

③金峰.基于CAN总线的以太网互连系统设计[D].合肥工业大学，2006.

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