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1 TCP/IP協議棧在嵌入式異構網絡中的應用

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Internet現已成為社會重要的信息流通渠道 。假如嵌入式系統能夠連接到Internet上面，則可以方便、低廉地將信息傳送到幾乎世界上的任何一個地方 ?？梢灶A言，嵌入式設備與Internet的結合代表著嵌入式系統和網絡技術的真正未來 。隨著IPv6的應用，設備都可能獲得一個全球唯一的IP地址，通過IP地址和互聯網相連成為一個網絡設備 。但是傳統的TCP/IP協議在實現實時性方面做得不夠好，它把大量的精力花在保證數據傳送的可靠性以及數據流量的控制上 。而在實時性要求比較高的嵌入式領域中，傳統的TCP/IP不能滿足其實時要求 。另外，傳統TCP/IP的實現過于復雜，需占用大量系統資源，而嵌入式應用的系統資源往往都很有限 。因此，需要把傳統TCP/IP在不違反協議標準的前提下加以改進實現，使其實現性得到提高，占用的存儲空間盡可能少，以滿足嵌入式應用的要求 。
【1 TCP/IP協議棧在嵌入式異構網絡中的應用】 在大型企業自動化系統中，上層企業治理層和生產監控層一般采用的都是以太網和PC機，而在下層車間現場都是采用現場總線和單片機測控設備 。上下兩層的溝通，通常采用工業控制機加以太網卡，再加上PC機插槽上的接口卡和并行打印口EPP接口卡來實現 。這種連接方式成本高，開發周期長 。針對這些情況，本文提出了一種單獨的嵌入式CAN-以太網網關互連系統的設計方案，成功地實現以太網和現有的CAN總線網的直接數據傳輸 。
一、異構網絡互聯系統結構設計
CAN總線是一個設備互連總線型控制網絡 。在CAN總線上可以掛接多達110個設備節點，各設備間可以自主相互通信，實現復雜網絡控制系統 。但設備信息層無法直接到達信息治理層，要想設備信息進入信息治理層就要通過一種數據網關 。
這里設計了一個SX52網關，用于CAN總線與以太網的互連 。圖1所示的系統總體結構分為三部分：現場測控網絡（CAN網絡）、嵌入式透明SX52網關和以太網信息治理終端（如監控平臺和網絡數據庫等） 。以太網信息治理終端與CAN總線上的CAN節點通過Ethernet、SX52網關、CAN總線相互通信，其中SX52網關起核心異構網絡的互連作用 。
協議轉換是異構網絡互連的技術要害和難點 。協議轉換一般遙相呼應采用分層轉換的方法，自低向上逐層進行 。目前互連大都是在網絡層或網絡層展開的，因而必須對互連層以下各層協議逐層向上轉換 。這種轉換方法的依據是協議分層的基本原理，即低層支持高層，高層調用低層，低層斷開連接后，高層連接也隨之斷開，但高層斷開連接卻不會影響低層 。從網絡的分層結構上來看我們設計的互連系統具有如圖2所示的分層結構 。以太網上運行TCP/IP協議，它具有應用層、傳輸層、網絡層以太網數據鏈路層和物理層；CAN總線具有應用層、數據鏈路層和物理層，其中應用層由用戶自己定義，數據鏈路層和物理層由CAN協議所定義；SX52數據網關具有物理層、數據鏈路層和應用層，其應用層也就是Ethernet與CAN的信息數據交換層，SX52微控制器在此層相互解釋并轉發這兩種不同協議的數據 。
在本設計中，SX52網關被設計成了一個透明數據網關 。也就是在以太網應用層構建和解析完整的CAN協議數據包 。CAN協議數據包作為TCP/IP網絡的應用層的數據進行傳輸 。對通信數據的具體實際意義不做任何解釋 。
透明式網關由通信處理器、CAN總線控制器和以太網控制器三個部分組成 。其中SX52單片機為核心處理器，實現CAN控制網絡與以太網之間的協議轉換 。以太網信息治理 層的控制指令發送到嵌入式透明SX52網關，經過它將TCP/IP協議包數據轉換為CAN協議形式發送至CAN控制網絡中的指定設備節點，完成信息治理層對現場設備層的控制 。同樣地，當CAN網絡上的設備數據（如定時采樣數據或報警信息）要傳輸到信息治理層時，可將數據發送到嵌入式透明SX52網關，再通過網關協議轉換程序將CAN協議數據封裝成TCP/IP協議的以太網數據幀發送至以太網上的監控計算機 。

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