基于ENC28J60的嵌入式以太網(wǎng)／CAN網(wǎng)關(guān)設(shè)計

摘 要：提出一種基于ARM7芯片LPC2294微處理器和以太網(wǎng)控制器ENC28J60的以太網(wǎng)／CAN網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案，闡述以太網(wǎng)／CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換的硬件設(shè)計，以及相關(guān)接口通信軟件設(shè)計。通過該網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)CAN總線與基于IP／TCP協(xié)議的以太網(wǎng)之間的雙向通信。
關(guān)鍵詞：嵌入式網(wǎng)關(guān)；不起CAN總線；以太網(wǎng)；ARM

0 引 言
隨著Internet的普及，實現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程控制不再是人們的夢想，其完全成為可能，然而實現(xiàn)這個夢想需要花費高額代價，智能家居迄今仍不能普及，因此設(shè)計一款性價比好的家庭控制器很有必要。CAN總線采用非破壞仲裁技術(shù)，短幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)出錯率極低，可以滿足控制系統(tǒng)安全性、可靠性、快捷性的要求。目前以太網(wǎng)以成本低，通信速度快，兼容性和互操作性好，資源共享能力強等特點已成為目前最流行的因特網(wǎng)接入方案之一，因此采用CAN總線組建家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，再通過網(wǎng)關(guān)與外部以太網(wǎng)相連實現(xiàn)對家居電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)的結(jié)合，已成為家居發(fā)展的趨勢。CAN與以太網(wǎng)采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，要確保兩種網(wǎng)絡(luò)之間高效無縫地連接網(wǎng)關(guān)是問題的關(guān)鍵。在此設(shè)計一種基于ENC28J60的高性能嵌入式以太網(wǎng)／CAN網(wǎng)關(guān)。

1 網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計
1．1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)的硬件部分主要由ARM、以太網(wǎng)接口、CAN接口、高速存儲器、JTAG口、復(fù)位電路和電源等組成，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。ARM負(fù)責(zé)對以太網(wǎng)接口芯片和CAN接口芯片進(jìn)行控制。ARM移植TCP／IP通信協(xié)議和CAN協(xié)議，可完成以太網(wǎng)協(xié)議和CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)以太網(wǎng)接口和CAN接口通信數(shù)據(jù)的透明傳輸。JTAG口主要用來下載程序，進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試。鍵盤、LCD顯示用來實現(xiàn)人機交換。

1．2 主控制器的選擇
微處理器選用PhiIips公司ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器LPC2294，與一般單片機相比，LPC2294可嵌入操作系統(tǒng)。LPC2294內(nèi)嵌256 KB的高速FLASH存儲器和16 KB的靜態(tài)RAM，多個外部中斷和串行口，LPC2294內(nèi)部還集成了CAN控制器，只要加上CAN總線收發(fā)器就可以構(gòu)成CAN節(jié)點，從而大大簡化了硬件電路。同時，由于LPC2294具有多路CAN，因此還可以把系統(tǒng)設(shè)計成冗余結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的可靠性。LPC2294還支持JTAG實時仿真和跟蹤，并具有128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)，它能夠使32位代碼在高達(dá)60 MHz的操作頻率下運行。
1．3 系統(tǒng)電源電路和復(fù)位電路
在該設(shè)計中，需要使用5 V，3．3 V和1．8 V的直流穩(wěn)壓電源。其中，5 V電源由LM317L三端可調(diào)穩(wěn)壓器產(chǎn)生；3．3 V和l_8 V電源由可調(diào)節(jié)輸出電壓的SPXlll7產(chǎn)生。系統(tǒng)復(fù)位電路的可靠性對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定起著非常重要的作用。在復(fù)位電路中采用了電壓監(jiān)控芯片TPS383K33，它是10 ms或200。ms可選的上電復(fù)位發(fā)生器，具有防按鍵抖動的手動復(fù)位輸入功能，允許組成多個Ic的菊花鏈電壓監(jiān)控等。復(fù)位電路如圖2所示。圖2中，nRST連接到LPC2294的復(fù)位腳RESET；nTRST接以太網(wǎng)控制器ENC28J60的復(fù)位引腳。當(dāng)復(fù)位開關(guān)SW按下時，TPS383K33輸出復(fù)位信號，引腳REST輸出低電平，導(dǎo)致兩路74HCl25(三態(tài)門負(fù)邏輯控制)導(dǎo)通，信號nRST和nTRST輸出低電平使系統(tǒng)復(fù)位。在系統(tǒng)正常運行情況下，TPS383K33的引腳REST輸出高電平，兩路74HCl25截止，上拉電阻R1，R2將信號nRST和nTRST上拉為高電平。