基于ARM的橡塑機械雙層網(wǎng)絡設計

　　0 引言

　　橡塑機械是現(xiàn)代制造技術中一類重要工具，是一種由數(shù)控裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置構成的機電一體化產(chǎn)品，它被廣泛應用在橡塑產(chǎn)品加工制造領域。隨著科技的進步，橡塑機械正朝著高速度、智能化、多功能化、高可靠性的方向發(fā)展。在監(jiān)控系統(tǒng)方面，尤其是近年來，也發(fā)展得更為集成化、網(wǎng)絡化。作為提升橡塑機械性能的一個重要組成部分，其監(jiān)控系統(tǒng)也得到了長足的發(fā)展。本文設計了一款基于ARM9、嵌入式Linux以及CAN總線技術的應用于橡塑機械的雙層網(wǎng)絡.，并介紹了成功應用于橡塑機械的實例。

　　1 雙層網(wǎng)絡系統(tǒng)整體設計

　　系統(tǒng)基于工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控集成化、自動化的理念設計了下層CAN總線結構。在現(xiàn)場監(jiān)控部分，.所需要完成的工作包括：通過CAN總線與底層控制器交互，讀取并顯示橡塑機械當前工作的狀態(tài)，配置并發(fā)送需要修改的運行參數(shù)。

　　在CAN現(xiàn)場總線的基礎上，基于遠程維護監(jiān)控的理念，設計了上層的網(wǎng)絡支持。在上層網(wǎng)絡部分，.提供WEB服務器，根據(jù)遠程PC的請求發(fā)送相應的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡結構如圖1所示。

　　2 硬件系統(tǒng)設計

　　硬件系統(tǒng)采用了以ARM9內(nèi)核CPU為主體的組織體結構。選擇了S3C2410為核心，擴展了64M SDRAM和64M NAND FLASH的硬件系統(tǒng)。由于該CPU內(nèi)部并未集成CAN總線控制器以及以太網(wǎng)控制器，因此通過MCP2510以及CS8900A分別擴展了CAN總線功能和以太網(wǎng)功能。以下對兩個擴展部分做重點介紹。

　　2．1 CAN總線擴展

　　MCP2510完全支持CAN總線V2．0A／B技術規(guī)范，能夠發(fā)送和接收標準和擴展報文，同時具備驗收過濾以及報文管理功能。該器件包含三個發(fā)送緩沖器和兩個接收緩沖器，能夠減少S3C241O芯片的管理負擔和軟件設計的負擔。

　　接口中使用了總中斷引腳INT，處理器在響應總中斷后，通過SPI通道訪問MCP2510內(nèi)部相應寄存器來確定具體的中斷事件，并對其做出處理。

　　如圖2所示，S3C2410通過SPI總線發(fā)送MCP2510控制命令以及需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過MCP2510控制轉換以后生成總線報文，并通過光電隔離器6N137以及總線驅動器8C250之后發(fā)送到CAN總線上。

　　2．2 以太網(wǎng)擴展

　　以太網(wǎng)和CAN現(xiàn)場總線的集合，大大加速了工業(yè)控制集成化、信息化的進度。采用了CS8900A芯片以完成以太網(wǎng)擴展。其主要包括802．3介質(zhì)訪問控制塊，支持全雙工操作，完全依照IEEE 802．3以太網(wǎng)標準(ISO／IEC8802-3，1993)，負責處理有關以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收。

　　在硬件連接上，通過外部中斷EINT9來響應通信，通過ADDR24以及其他片選讀寫信號來控制網(wǎng)卡芯片的工作以及地址空間位置。

　　在收到由CPU發(fā)來的數(shù)據(jù)報后，CS8900A將開始偵聽網(wǎng)絡線路。如果線路忙，就等待線路空閑，否則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送過程中，需要添加以太網(wǎng)幀頭，產(chǎn)生CRC校驗碼，最后將此數(shù)據(jù)幀發(fā)送出去。接收數(shù)據(jù)時，接收到數(shù)據(jù)幀后，還需要經(jīng)過解碼、剝除幀頭和地址檢驗等步驟后存于CS8900A片內(nèi)的緩存區(qū)。并還需要通過CRC校驗，便會產(chǎn)生外部中斷，通知主機收到了數(shù)據(jù)幀，最后，再根據(jù)CPU的指令，將數(shù)據(jù)傳輸給CPU。

　　網(wǎng)絡的擴展對于橡塑機械的整體化集成化管理起著極為關鍵的作用，作為一個高速、開放的通信接口，網(wǎng)絡給系統(tǒng)帶來了很大的靈活性和可擴展性。同時，在監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試過程中網(wǎng)絡也發(fā)揮著不可替代的作用。

　　3 軟件系統(tǒng)設計

　　整個.的軟件設計建立于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的基礎之上，因此軟件設計分為系統(tǒng)軟件設計和應用軟件設計兩大部分。系統(tǒng)軟件主要為對應設備的驅動程序設備，CS8900A為常用的典型網(wǎng)絡擴展設備，已經(jīng)有既成的驅動程序；而CAN總線擴展則需要根據(jù)應用中所需要的網(wǎng)絡協(xié)議來自定義實現(xiàn)。應用軟件設計部分主要包括CAN服務器端的開發(fā)和WEB Server的移植。