一种嵌入式以太网／CAN网关的设计

　　图5中FM25256的SPI脚SO，SI，SCK，CS分别与LPC2294的MISOO，MISl0，SCK0，CS2脚相连。写保护引脚WP与LPC2294的P2.21相连。FM25256主要用来存储以太网数据。

　　2 网关软件设计

　　网关的软件设计采用嵌入式操作系统μC／OS-Ⅱ，它具有较小的内核结构，开发成本小，执行效率高，移植也容易。初始化文件通过JTAG下载到网关并保存在FLASH中。

　　2.1 CAN通信软件设计

　　该设计的关键是编写CAN驱动程序，主程序通过调用CAN驱动程序实现接口数据的收发，驱动程序包括CAN控制器的初始化、接收数据、发送数据和总线异常处理。

　　2.1.1 CAN控制器的初始化

　　初始化操作包括硬件使能CAN、软件复位、设备报警界限、设置总线波特率、设置中断工作方式、设置CAN验收过滤器工作方式、设置控制器的工作模式和启动CAN等。LPC2294片内外设与引脚的连接由引脚连接模块控制。CAN控制器的硬件使能就是通过软件设备GPIO寄存器来控制多路开关，将特定的引脚与CAN控制器连接起来。

　　2.1.2 数据的接收与发送

　　LPC2294的每个CAN控制器中有3个发送缓冲区，发送数据时先查询CANSR寄存器是否空闲，若空闲才能写入数据，然后判断报文的类型，根据报文类型调用相应的发送函数，即对数据进行封装并写入发送缓冲区，最后调用发送命令。为了提高效率，接收数据采用中断方式，首先在CANopen的初始化程序中要使能接收中断，当有中断发生，读取CANICR寄存器，判断接收中断标志是否置位。

　　2.1.3 异常处理

　　在总线发生严重故障的情况下，CAN节点脱离总线，此时下述寄存器位被置位为CANSR的BS位、CANIR的BEI位和EI位（如果使能）和CAN-MOD的RM位。RM将许多CAN控制器功能复位和禁止。软件下一步必须置零RM位。发送错误计数器将递减计数总线释放条件（11个连续的隐性位）的第128个错误。

　　2.2 以太网通信软件设计

　　2.2.1 ENC28J60的初始化

　　LPC2294。对ENC28J60的各种操作均通过SPI接口进行，包括寄存器的设置、数据的发送和接收。LPC2294的SPI工作在主动方式，即ENC28J60的SPI时钟信号由LPC2294提供。

　　2.2.2 TCP／IP协议

　　该设计采用嵌入式系统中广泛应用的LwIP协议栈。LwIP TCP／IP实现的特点是在保持协议主要功能的基础上减少对RAM的占用，这使协议栈LwIP适合在低端嵌入式系统中使用。LwIP协议栈应用到的协议有ARP，IP，IcMP，TCP，UDP，其具有滑动窗口、拥塞控制和接收分片的分组功能。在LwIP中可以有多个网络接口，每个网络接口都对应一个strut netif（）。netif包含了相应网络接口的属性、收发函数。采取调用netif的方法netif→inpln（）及netif→output（）进行以太网packet的收、发等操作。

　　2.3 以太网/CAN双向协议转换

　　整个设计中最为关键的就是CAN协议与TCP/IP协议的相互转换。协议转换流程图如图6所示。

　　其具体过程如下：当网关接收到数据，首先判断数据类型，如果是从CAN接口接收CAN协议报文，便分离出数据部分，再将报文数据部分按系统规定的应用层格式进行封装，然后将应用层数据存入以太网接口发送缓冲区，由该接口在数据前面依次添加TCP或UDP头、IP头、以太帧头，最后封装成以太帧后，通过以太网接口发往以太网。若接收到的以太网数据，数据转换过程相反，依次去掉IP头、TCP或UDP头和应用层头，再将应用层数据按CAN报文格式封装好后存入CAN接口发送缓冲区，由CAN接口发往CAN网络中相应设备。若应用层数据长度大于8 B，则还需将数据以8 B为一组进行拆分。

　　3 结 语

　　符合IEEE802.3协议的ENC28J60不仅能提供以太网通信的相应功能，而且体积小，能够简化设计，可以设计出较小的嵌入式网关。用上述方法构建的通信网关可实现以太网与CAN总线之间的协议转换，为以太网与CAN总线网络的互联提供了一种传输速度快，成本低，稳定性和安全性高的解决方案。