[发明专利]一种CAN网到以太网转换装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是局域网之间不同协议之间的转换装置，尤指CAN(控制器局域网)串行通信协议与以太网协议的在转换装置。 

背景技术

随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，CAN(控制器局域网)是串行通信协议，能有效支持高安全等级应用的分布式实时控制。其应用范围覆盖从高速网络到低成本的多路互联。在汽车电子行业领域，应用CAN实现发动机、传感器与防滑刹车等系统的数据传输。 

以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。在以太网标准中，有两种操作模式：半双工和全双工。半双工模式中，数据是通过在共享介质上采用载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)协议实现传输的。工业以太网在技术上它与IEEE802.3及IEEE802.3U兼容，但在产品设计制造充分考虑到并满足工业网络应用的需求。 

CAN网与以太网的应用各有其自身优点，CAN具有高效的实时性与可靠性，工业以太网具有方便互联的优点。在工业控制应用中，很多应用需要实现CAN网与以太网的转换。现有技术的CAN网与以太网的转换装置采用如图1所示的技术方案，CAN网到以太网转换装置一般包括2部分，硬件与协议部分。硬件包括CAN接口、单片机与以太网接口部分。CAN控制器通常选用SJA1000实现，以太网控制器通常选用RTL8019实现。协议部分是在以太网应用层构建和解析完整的CAN协议数据包。CAN协议数据包作为TCP/IP网络应用层的数据进行传输，它对通信数据的具体实际意义不做任何解释。其中单片机为核心处理器，它实现了CAN控制网络与以太网之间的协议转换。以太网信息管理层的控制指令发送到装置，将TCP/IP协议包数据转换为CAN协议形式发送至CAN控制网络中的指定设备节点，完成信息管理层对现场设备层的控制。同样地，当CAN网络上的设备数据(如定时采样数据或报警信息)要传输到信息管理层时，可将数据发送到装置，再通过网关协议转换程序将CAN协议数据封装成TCP/IP协议的以太网数据帧发送至以太网上的监控计算机。通 过这样的结构与单片机核心处理器对协议之间的转换，解决CAN网与以太网之间的转换问题。 

核电站中对设备的安全性要求非常高。CAN网与以太网的转换装置必须能工作在2种模式。即：监听模式和配置模式；在监听模式下，不允许向CAN网发送数据；在配置模式下，实现来自以太网的配置信息帧转发到CAN网，同时将CAN网的应答信息帧转发到以太网；这是核电站中对此类装置安全级的要求。在核电站系统中工作温度为-40℃-85℃的工业级温度范围，而这些产品中以太网控制器芯片，几乎使用了RTL8019，不能满足-40℃-85℃温度范围，而且使用该芯片传输速度大为10M，传输速度不快。在时间响应特性方面目前装置无法达到100ms刷新一次的要求。基于上述该装置应用到核电站的系统中是需要做很大的改进，本发明一种CAN网到以太网转换装置的发明人经过在行业内多年的经验与刻苦不断的研究实验，研制出可以克服上述问题的转换装置。 

发明内容

本发明目的是为核电站快堆过程检测系统的数字化安全监测装置提供满足安全级要求的一种CAN网到以太网的转换装置。即当装置在监听模式下不允许向CAN网发送数据。 

本发明为达上述目的所采用的技术手段是装置的结构包括CAN收发器、单片机、以太网收发器、以太网控制器、电源构成，其特征在于，单片机的内部集成CAN控制器，CAN收发器与单片机之间连接有工作模式控制开关；工作模式控制开关数量为两个；工作模式开关分别为监听模式开关和配置模式开关；在监听模式下不允许向CAN网发送数据；以太网通信介质为光纤通信；CAN网到以太网转换装置的方法，启动运行装置时单片机控制器初始化后，进入主控流程步骤如下： 

a、以太网数据及CAN数据发送； 

b、CAN数据接受； 

c、定时器溢出处理； 

d、以太网数据发送。 

   单片机控制器初始化的步骤如下： 

a、MCU初始化；