CAN總線的嵌入式Web服務器設計

摘要：本文設計并實現(xiàn)一種可以將基于TCP/IP協(xié)議的計算機網(wǎng)絡設備，與基于CAN總線協(xié)議的底層現(xiàn)場網(wǎng)絡連通的嵌入式Web服務器。

關鍵詞：嵌入式Web服務器 嵌入式Internet TCP/IP協(xié)議 CAN總線

引言

嵌入式系統(tǒng)指被嵌入到各種產品或工程應用中的，以微處理器或微控制器為核心的軟硬件系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與Internet技術相結合，形成的嵌入式Internet技術是近幾年隨著計算機網(wǎng)絡技術的普及而發(fā)展起來的一項新興技術。它通過現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)，增加因特網(wǎng)接入能力來擴展其功能，創(chuàng)造性地提出以低價位單片機作為微處理器，使嵌入式設備而非PC系統(tǒng)直接接入Internet。在本文中，采用Ubicom公司的SX52單片機外接以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS實現(xiàn)嵌入式Web服務器硬件結構和軟件功能。傳統(tǒng)的基于DCS結構工控系統(tǒng)向嵌入式Web結構轉移，可有效降低成本，這是因為沒有必要開發(fā)專有的GUI，還可以方便最終用戶，并改善故障檢測和設備維護的遠程訪問能力。



1 嵌入式Web服務器硬件設計與實現(xiàn)

通常嵌入式系統(tǒng)硬件包括微控制器、存儲器外設器件和I/O端口等，其核心是嵌入式微控制器。為適應上網(wǎng)需求，嵌入式微控制器不僅要能執(zhí)行傳統(tǒng)的控制功能，還要能執(zhí)行與連接因特網(wǎng)相關的功能，而Ubicom公司的SX52芯片能比較容易地實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，所以我們選擇它作為微控制器。

實現(xiàn)嵌入式設備接入Internet，從原則上來講最關鍵的就是要實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，還有一人關鍵的問題就是傳輸信息媒質的選擇。我們采用最常用的連接模式，即通過以太網(wǎng)連接Internet，利用網(wǎng)絡接口控制器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。嵌入式系統(tǒng)應用最廣泛的網(wǎng)絡驅動芯片就是NE2000兼容系列網(wǎng)絡芯片，它具有接口方便、驅動簡單、占用資源少等優(yōu)點，特別適合嵌入式系統(tǒng)。我們選用其中性能較了，供貨比較穩(wěn)定的RTL8019AS芯片。嵌入式Web服務器硬件結構框圖如圖1所示。

嵌入式Web服務器用SX52微控制器作為處理器，以太網(wǎng)驅動芯片RTL8019AS經耦合隔離濾波器HR61101G和RJ45接口接入以太網(wǎng)，配有RS232和CAN總線兩個擴展接口，可以將具有RS232接口的設備或采用CAN總線協(xié)議通信的設備連到以太網(wǎng)上。RS232接口采用MAX232CPE芯片，CAN總線控制器采用Philips公司的SJA1000芯片，CAN收發(fā)器則采用了Philips公司的PCA82C250。

數(shù)據(jù)的流向為：請求和控制信息從局域網(wǎng)中來，通過RJ45送到RTL8019AS，RTL8019AS負責將以太網(wǎng)幀的首部和尾部信息剝離，將處理后的數(shù)據(jù)包送入SX52的TCP/IP協(xié)議棧，由協(xié)議棧對數(shù)據(jù)報進行解析，得到原始的請求和控制信息。請求和控制信息再經過SJA1000進行CAN協(xié)議格式的數(shù)據(jù)封裝，再和現(xiàn)場的CAN總線設備進行通信。請求和控制的回復領先局域網(wǎng)的過程與上面正好相反。圖2為Web服務器主要芯片連接電路簡圖。

SX52有5個I/O口，共40個引腳。在設計中，利用SX52的C口的RC0～RC7連接RTL8019AS的數(shù)據(jù)口SD0～SD7；SX52的B口兼顧選址和讀寫控制功能，在開發(fā)中用它與RTL8019AS的地址及讀寫控制引腳連接。在確保通信功能順利實現(xiàn)的同時，充分利用了SX52芯片I/O口靈活配置的特點，最大程序地節(jié)約了微控制器SX52的硬件資源。

圖2

RTL8019AS基地址選擇引腳IOS0～IOS3接地，此時I/O基地址為300H，即0011 00000 000，所以地址線SA9、SA8接+5V。因為寄存器地址偏移量為00H～1FH共32個，對應地址從300H到31FH，所以只需將地址線SA0～SA4接SX52的RB0～RB4，其余地址線接地即可。芯片IORB、IOWB引腳為讀寫信號線，接SX52的RB6、RB5讀寫控制引腳。 2.3 嵌入式Web服務器應用程序的實現(xiàn)

RTL8019AS可以兼容8位和16位操作。圖2中IOCS16是16位I/O的選擇腳。當RTL8019AS上電復位的時候，如果這個腳為低電平，RTL8019AS將選擇8位模式；如果這個腳為高電平，RTL8019AS將選擇16位的模式。由于SX52是8位的數(shù)據(jù)總線，因此要用8位總線模式（每次讀入或寫入1個字節(jié)，只需8根數(shù)據(jù)線SD0～SD7），所以將這個腳接地。

RTL8019AS有3種工作方式：第一種為跳線方式，芯片的I/O和中斷由跳線決定；第二種即插即用方式，由軟件進行自動配置；第三種為免跳線方式，芯片的I/O和中斷由外接的93C46里的內容決定。常用網(wǎng)卡上的RTL8019AS一般只支持第二種和第三種方式。在嵌入式應用的場合，為降低成本，同時又減少連線，不使用93C46。本設計中使用第一種方式，此時JP引腳接高電平。

AUI引腳決定使用AUI還是BNC接口。高電平時使用AUI接口，低電平時使用BNC接口，支持8線雙絞線或同軸電纜。本設計中采用雙絞線為通信介質，將該引腳接地。

RTL8019AS使用引腳TPIN+、TPIN-、TPOUT+和TPOUT-連接耦合隔離濾波器HR61101G，利用RJ45插頭實現(xiàn)與以太網(wǎng)的連接。

SJA1000是獨立的CAN通信控制器，支持CAN2.0B協(xié)議，其工作頻率為6～24MHz。它的AD0～AD7為地址數(shù)據(jù)復用線，與SX52的D口RD0～RD7相連。當遠端用戶通過Web服務器查詢現(xiàn)場的CAN總線數(shù)據(jù)時，SJA1000負責將現(xiàn)場控制單元的CAN總線數(shù)據(jù)解析，發(fā)送到SX52，再傳到網(wǎng)上。

PCA82C250是CAN協(xié)議控制和物理總線的接口，它對總線提供發(fā)送能力，并對CAN控制器提供接收能力，它支持1Mbps速度。為保證SX52與SJA1000協(xié)同工作，在硬件設計中們將兩個芯片共同一個硬件復位線，確保SX52與SJA1000硬件同步復位。

AT24C256是I2C總線的EEPROM，通常可以用來存儲用戶的一些設置，比如IP地址、網(wǎng)關等。在本設計用它存儲靜態(tài)網(wǎng)頁。SCL接SX52的RA4腳，SDA接SX52的RA5腳。

MAX232CPE完成232電平與TTL電平轉換，提供一個本地接口，為調試和維護提供方便。TXD接SX52的RA5腳。

MAX232CPE完成232電平與TTL電平轉換，提供一個本地接口，為調試和維護提供方便。TXD接SX52的RA2腳，RXD接SX52的RA3腳，RS-RXD和RS-TXD是RS232電平，為標準串口電平。數(shù)據(jù)可以從串口輸入到單片機SX52，SX52再把數(shù)據(jù)送到RTL8019AS傳出去。