通信与网络中的CAN与以太网数据交换的研究与分析

摘要：主要介绍将CAN现场总线以协议中的标准模式接入以太网的方法，实现CAN网络中的数据和以太网中的数据进行简单交换；给出相应的硬件和软件原理以及重点难点说明。 关键词：CAN总线 以太网 数据交换 TCP/IP协议 BasicCAN模式1 技术背景CAN（Controller Area Network——控制器局域网）是一种由带CAN控制器组成高性能串行数据局域通信网络，是国际上应用最广泛的现场总线之一。它最早由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范已被ISO估计标准组织制定为国际标准。由于其具有多主机、传输距离远（最远为10km）、传输速度快（最 【CAN总线与以太网数据交换】 CAN（Controller Area Network）总线是一种高效能的串行通信网络，广泛应用于汽车、工业自动化、医疗设备等多个领域。CAN总线由德国Bosch公司开发，它的规范已被ISO标准化，具有多主机通信、长传输距离（最远10公里）和高速度（最高速度可达1Mbps）的特点，同时具备强大的抗干扰能力。CAN协议基于OSI模型，分为标准模式和扩展模式，本文主要关注标准模式。 以太网作为全球最普遍的局域网标准，其TCP/IP协议栈包括应用层、传输层、网络层和数据链路层，确保数据在网络间的准确传输。TCP/IP协议集包含诸如ARP、IP、TCP和UDP等子协议，其中TCP负责确保数据包的可靠传输，IP则处理网络层的寻址和路由。 【应用背景】 CAN总线虽然在局部网络中表现出色，但随着以太网技术的进步，用户期望能够对底层设备进行远程控制。传统方法是通过工控机和接口卡实现，但这种方式成本较高且可能遇到性能瓶颈。本文提出的解决方案是使用单片机、CAN器件和网络芯片构建转换模块，降低成本并消除瓶颈。 【硬件实现】 硬件设计中，可以使用集成TCP/IP的单片机或者非集成的单片机，配合CAN控制器和收发器以及网络芯片。文中选择Philips P89C668单片机，SJA1000作为CAN控制器，TJA1050作为CAN收发器，以及RTL8019AS网络芯片。P89C668负责控制网络芯片和CAN器件，SJA1000工作在BasicCAN模式，仅支持标准模式的CAN报文，TJA1050处理物理层的CAN总线传输，而RTL8019AS则提供对以太网的访问接口。 【软件编程】 在BasicCAN模式下，CAN编程相对简洁，只需对SJA1000的寄存器进行读写操作。11位的报文识别码用于区分报文，经过验收滤波器筛选后，匹配的报文会被接收并存储。优先级由识别码决定，冲突时优先级高者占据总线。每个报文最多携带10字节数据。发送和接收缓冲区的管理是通过特定的寄存器完成的，这些寄存器定义了报文的状态和内容。 【总结】 这篇研究与分析探讨了如何将CAN总线数据接入以太网，实现了两者的简单数据交换。硬件上利用了单片机、CAN控制器和网络芯片的组合，软件上通过BasicCAN模式简化了CAN编程。这样的设计使得CAN网络设备可以更便捷地融入以太网环境，为远程监控和控制提供了可能。