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双网冗余CAN-以太网网关的设计与实现
| 论文题名： | 双网冗余CAN-以太网网关的设计与实现 |
| 关键词： | 船舶工程;控制系统;现场总线;以太网;网络协议;网关设计 |
| 摘要： | 现场总线CAN是一种支持分布式和实时性控制的串行通信网络，其作为工业现场总线的非常重要的一员，具有可靠、实用、灵活和经济等特点，目前已经在自动化、车辆、船舶等诸多领域得到广泛使用，并且现已形成了国际标准。同时，随着以太网和工业生产自动化水平的提高，越来越多的企业通过以太网连接工业现场实现全面可控性，因此，以太网与现场总线CAN的互联通信成为大势所趋，对于实现上层控制管理网与底层总线网络具有非常重要的推广价值和现实意义。 随着互联网技术与船舶自动化技术深入结合，为了使船舶控制系统实现现场控制网与上层管理网的无缝连接和整个系统数据传输的可靠性，系统平台采用双CAN总线+以太网的网络架构，需实现嵌入式CAN-以太网网关两种异型网络的冗余通信，并针对冗余CAN总线网络拓扑发现的可靠性问题，提出了一种基于丢包过程的并行冗余网络协议。因而，本文研究了双网冗余CAN-以太网网关的设计与实现，具有一定的理论和实践意义。具体工作包括: (1)论文分析了双网冗余CAN-以太网网关的功能:实现两种异型网络之间的数据透明交换，并保证数据传输的可靠性。分别对CAN总线和以太网技术在工业当中的应用特点进行介绍，并提出了网关的设计原理和总体实现方案，给出了网关的模型和软件设计架构。 (2)选用基于ARM-CM4内核的STM32F407处理器（由于该处理器集成了两路CAN总线控制器和以太网控制器），扩展了以太网驱动接口电路和CAN总线驱动接口电路，CAN收发器选用SN65HVD230，以太网接口芯片选用DM9000A。设计双CAN总线冗余系统电路，搭建了实验硬件平台。 (3)基于ARM微处理器及其扩展器件的功能并进行软件设计与实现。包括:在硬件平台上移植FreeRTOS操作系统，实现了CAN总线和以太网底层数据帧驱动，然后设计和实现互联系统核心的转换模块和并行冗余协议，最后完成CAN总线到以太网网关的软件编程、调试和测试，测试结果验证了本设计的正确性。 |
| 作者： | 张恒 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 宋亚男 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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