CAN總線的嵌入式Web服務器設計

摘要：本文設計并實現一種可以將基于TCP/IP協議的計算機網絡設備，與基于CAN總線協議的底層現場網絡連通的嵌入式Web服務器。

關鍵詞：嵌入式Web服務器 嵌入式Internet TCP/IP協議 CAN總線

引言

嵌入式系統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。嵌入式系統與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絡技術的普及而發展起來的一項新興技術。它通過現有嵌入式系統，增加因特網接入能力來擴展其功能，創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系統直接接入Internet。在本文中，采用Ubicom公司的SX52單片機外接以太網控制芯片RTL8019AS實現嵌入式Web服務器硬件結構和軟件功能。傳統的基于DCS結構工控系統向嵌入式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

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

實現嵌入式設備接入Internet，從原則上來講最關鍵的就是要實現TCP/IP協議，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，即通過以太網連接Internet，利用網絡接口控制器來實現數據鏈路層協議。嵌入式系統應用最廣泛的網絡驅動芯片就是NE2000兼容系列網絡芯片，它具有接口方便、驅動簡單、占用資源少等優點，特別適合嵌入式系統。我們選用其中性能較了，供貨比較穩定的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，以太網驅動芯片RTL8019AS經耦合隔離濾波器HR61101G和RJ45接口接入以太網，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總線協議通信的設備連到以太網上。RS232接口采用MAX232CPE芯片，CAN總線控制器采用Philips公司的SJA1000芯片，CAN收發器則采用了Philips公司的PCA82C250。

數據的流向為：請求和控制信息從局域網中來，通過RJ45送到RTL8019AS，RTL8019AS負責將以太網幀的首部和尾部信息剝離，將處理后的數據包送入SX52的TCP/IP協議棧，由協議棧對數據報進行解析，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協議格式的數據封裝，再和現場的CAN總線設備進行通信。請求和控制的回復領先局域網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的數據口SD0～SD7；SX52的B口兼顧選址和讀寫控制功能，在開發中用它與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

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位的數據總線，因此要用8位總線模式（每次讀入或寫入1個字節，只需8根數據線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插頭實現與以太網的連接。

SJA1000是獨立的CAN通信控制器，支持CAN2.0B協議，其工作頻率為6～24MHz。它的AD0～AD7為地址數據復用線，與SX52的D口RD0～RD7相連。當遠端用戶通過Web服務器查詢現場的CAN總線數據時，SJA1000負責將現場控制單元的CAN總線數據解析，發送到SX52，再傳到網上。

PCA82C250是CAN協議控制和物理總線的接口，它對總線提供發送能力，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?？梢杂脕泶鎯τ脩舻囊恍┰O置，比如IP地址、網關等。在本設計用它存儲靜態網頁。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。數據可以從串口輸入到單片機SX52，SX52再把數據送到RTL8019AS傳出去。