一種基于ARM的嵌入式網(wǎng)關系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2 協(xié)議轉(zhuǎn)換流程
當CAN總線上的設備向Ethernet網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，嵌入式網(wǎng)關將接收到的CAN數(shù)據(jù)包解析，提取數(shù)據(jù)域中的內(nèi)容；然后按照TCP／IP協(xié)議進行封裝，嵌入式網(wǎng)關將經(jīng)過封裝的數(shù)據(jù)發(fā)送給以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS。由RTL8019AS自動給這些數(shù)據(jù)添加以太網(wǎng)物理層和邏輯鏈路層所需的相關信息，通過物理接口傳送到以太網(wǎng)。反之，當以太網(wǎng)向CAN總線上設備發(fā)送TCP／IP數(shù)據(jù)包時，它首先將數(shù)據(jù)發(fā)送到RTL8019AS，嵌入式網(wǎng)關從RTL8019AS中接收到數(shù)據(jù)后，提取實際要傳送的數(shù)據(jù)，然后封裝成CAN總線數(shù)據(jù)格式，通過CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡中的現(xiàn)場設備。
嵌入式網(wǎng)關硬件必須具有以太網(wǎng)接口和CAN總線接口，而軟件要有TCP／1P協(xié)議棧和CAN總線驅(qū)動程序；通常嵌入式Linux內(nèi)核中有完整的TCP／IP協(xié)議棧。由于REALTEK公司支持Linux的開發(fā)，Linux系統(tǒng)中已含有RTL8019AS芯片的通用驅(qū)動程序，CAN總線協(xié)議驅(qū)動并不是標準配置。因此，設計CAN總線接口及其編制驅(qū)動程序是實現(xiàn)嵌入式網(wǎng)關最主要的工作。

3 CAN驅(qū)動程序設計
Linux驅(qū)動程序?qū)儆贚inux內(nèi)核的一部分，是嵌入式系統(tǒng)控制硬件的接口，它為用戶屏蔽設備的工作細節(jié)，并向用戶提供透明訪問硬件設備的機制。驅(qū)動程序的開發(fā)在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中具有舉足輕重的地位。開發(fā)出穩(wěn)定、完備的驅(qū)動程序可提高整個系統(tǒng)的性能。
3．1 CAN驅(qū)動程序流程
MCP2510的內(nèi)部結構框圖如圖2所示。

MCP2510內(nèi)含3個發(fā)送緩沖器和2個接收緩沖器，同時還具有靈活的中斷管理能力。CAN協(xié)議機負責與CAN總線的接口，SPI接口邏輯用于實現(xiàn)同MCU的通信，而寄存、緩沖器組與控制邏輯則用來完成各種方式的設定和操作控制。
在Linux多任務操作系統(tǒng)中，CAN總線通信程序的設計可分為發(fā)送數(shù)據(jù)模塊、接收等待模塊和中斷處理模塊實現(xiàn)。系統(tǒng)中CAN總線的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收是兩個不同的線程。在驅(qū)動程序中建立數(shù)據(jù)發(fā)送和接收緩沖區(qū)。中斷處理程序只負責填充(或讀取)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，然后喚醒等待接收(或發(fā)送)數(shù)據(jù)的任務。數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收都通過獨立的緩沖區(qū)，并由中斷來實現(xiàn)。操作系統(tǒng)的中斷響應時間在軟件上決定了CAN總線數(shù)據(jù)的最快收發(fā)速度。
3．2 CAN設備驅(qū)動程序的實現(xiàn)要點
3．2．1 CAN設備驅(qū)動操作函數(shù)
CAN設備驅(qū)動程序最終提供給應用程序的是一個流控制接口，主要包括：open，realse，read，write，ioctl等操作。添加設備驅(qū)動程序，實際上就是給上述操作編寫相應的程序代碼。驅(qū)動程序加載到內(nèi)核時，會首先運行驅(qū)動程序的初始化函數(shù)，然后等待系統(tǒng)調(diào)用在file_operations數(shù)據(jù)結構中定義的相關函數(shù)，實現(xiàn)對設備的操作。系統(tǒng)使用Linux 2．4．18版本，其文件系統(tǒng)接口被寫義為：

s3c2410_mcp2510_open負責對將要進行的I／O操作做好必要的準備工作，主要包括限制CAN打開次數(shù)、清空3個發(fā)送緩沖區(qū)和2個接收緩沖區(qū)等。
s3c2410_mcp2510_write將要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過SPI總線將數(shù)據(jù)傳送MCP2510的發(fā)送緩沖器，再通過MCP2510將數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線。