UDP 转CAN 协议的数据传输系统开发

UDP转CAN协议的数据传输系统开发王庆贺，吴文杰，樊兵团，何威

（中科芯集成电路有限公司，江苏无锡214072）为了实现对生产车间部分使用CAN通信的工业生产设备的实时监测，设计了基于UDP和CAN协议的传摘要：输系统。该系统使用CAN收发接口电路与CAN总线相连，使用DSP28335对传输的数据进行中间处理，实现CAN总线到以太网数据的中转，通过W5300以太网控制器将数据传输至生产车间监控平台。经过测试，该系统可以实现CAN总线和以太网数据间的转换，满足要求。关键词：以太网；UDP；CAN协议；网络通信中图分类号：TN911引言CAN总线的数据通信具有实时性、可靠性高和灵活性强等优点，但也存在无法直接连接网络的局限性[1]。以太网技术是目前使用广泛的通信技术之一，具有组网灵活、成本低廉、传输速率高、距离远等优点[2]。目前，某生产车间新的工业生产设备基本支持以太网通信，但是部分旧的工业生并入网络，必须开发设计可以沟通以太网和CAN总线的设备。本文以以太网和CAN总线之间的数据传输为研究对象，设计开发了基于UDP和CAN协议的传输系统。2系统概述基于UDP和CAN协议的数据传输系统的架构如图1所示。图2DSP28335和W5300的连接示意图

文献标识码：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2019.21.040DSP28335和W5300使用总线接口，数据总线可以是8位也可以是16位。W5300芯片方便、可靠、使用广泛。DSP28335和W5300的连接如图2所示。产设备仅支持CAN通信，为了让旧的工业生产设备也可以.com.cn. All Rights Reserved.3.2CAN接口硬件电路设计DSP28335具有增强型控制器区域网络（eCAN）模块，兼容CAN2.0标准。eCAN模块包括CAN协议内核和消息控制器两部分。eCAN具有以下一些特性：兼容CAN2.0B协议，支持1Mbit/s的速率，32个邮箱可用，低功耗模式，自动重传，支持4种不同类型的帧。基于DSP28335的CAN节点接口硬图1系统架构示意图

件电路如图3所示，仅使用了A路eCAN。如图3所示，DSP28335的CANTXA和CANTXB引脚首先经过数字隔离器，然后和CAN收发器的TXD和RXD相连，转换成CANH和CANL后与CAN总线进行通信。HCPL-9031是一款双通道数字隔离器，具有良好的性能，满足CAN通信要求。本系统的CAN收发器选用的是TJA1050T，该芯片是CAN协议控制器与CAN物理总线之间的转换接口，提供差动发送、差动接收功能。实际工作现场的情况十分复杂，节点之间会有共模电压的产生，CAN接口本身是差分传输方式，一定程度上可以抑制共模干扰，但是当共模电压过大时，CAN接口电路就无法正常工作了，该系统中，DSP28335作为数据传输系统的主控制器，实现以太网和CAN通信间的数据转换。DSP28335通过数字隔离器、CAN收发器与CAN总线相连，通过W5300以太网控制器连接到以太网，进而和生产车间监控平台通信。DSP与存储芯片通过SPI接口相连，存储芯片用于存储配置参数。3系统硬件设计3.1网络接口电路设计W5300集成了10/100M以太网控制器，具有MAC和TCP/IP协议栈，数据传输速率高，可以达到50Mbps，·98·2019年第21期

ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新芯片也可能被损坏。设计时，在CAN总线的CANH和CANL之间添加了一路TVS管，CANH、CANL和CAN-GND之间也各添加了一路TVS管，保护接口电路不被过高瞬间电压击毁。CANH、CANL和CAN-GND之间并联了22pF的电容，用来滤除CAN总线上的高频干扰，防止产生电磁辐射。CANH和CANL信号线采用差分布线，长度必须保持一致。CANH和CANL之间必须连接一个120Ω的匹配电阻，否则CAN通信的抗干扰性和可靠性会大大降低，甚至有可能无法正常通信。HCPL-9031和TJA1050T等芯片的电源与地之间并联了0.1uF的去耦合电容，用来降低干扰。图3基于DSP28335的CAN节点接口硬件电路

4系统程序设计4.1网络通信程序设计网络通信使用的是UDP协议，UDP协议是一种无连接的传输协议，发送方发送数据时并不会管接收方是否存在，同样的，接收方接收到数据时，也不会将接收到数据的情况回馈给发送方；但UDP协议通信效率高、耗费资源小，可DSP的程序中向目标地址发送数据使用sendto（s，buf，len，destip，destport）函数，接收数据使用loopback_udp（s，lport，buf，mode）函数。无论UDP发送还是接收数据都是在程序的主循环中实现，未使用中断。下文会详细叙述以太网数据和CAN数据的转发。4.2CAN通信收发程序设计CAN通信过程中使用了eCAN模块的两个消息邮箱，一个用于向CAN总线上发送数据，一个用于从CAN总线上接收数据，分别是发送消息邮箱和接收消息邮箱。数据发送到CAN总线上的过程如下：在主程序中接收网络发送过来的UDP数据包，将UDP数据包解析成一个或者多个CAN数据帧，并通过发送消息邮箱发送到CAN总线上，具体过程如图4（a）所示。从CAN总线上接收数据使用中断的方式，当eCAN的接收消息邮箱接收到数据时会触发中断，在中断服务程序中将接收消息邮箱中的数据存放至CAN接收缓冲区中。将CAN接收缓冲区中的数据发送至网络的过程在主循环中实现。数据发送到网络的流程如图4（b）所示。需要注意的是，在从CAN接收缓冲区中取出数据时，必须关闭中断，防止在取数据的期间进入CAN接收中断服务程序更改CAN接收缓冲区而引起混乱。将数据发送到网络的过程中，需要将CAN类型的数据打包发送至以太网上，发送的UDP数据包的长度都是12的倍数，UDP数据包的格式如图5所示，其中CAN帧地址占据4字节（无论标准帧还是扩展帧），CAN数据占据了8字节。以一对一、一对多、多对一或者多对多发送，十分灵活[3-4]。.com.cn. All Rights Reserved.（a）数据发送到CAN总线（b）数据发送到以太网

图4数据转发流程图

图5UDP数据包格式

5实验结果为了测试系统的功能，编写了测试上位机软件，测试上位机使用UDP通信，可以发送数据，也可以将接收到的UDP数据包解析成一帧帧CAN数据。测试时使用两个基于UDP和CAN协议的数据传输系统，两者CAN总线互连，分别通过网络连接两个测试上位机软件。一个测试上位机软件发送数据，另一个测试上位机软件接收数据。上位机软件显示接收的CAN数据如图6所示。通过对比发送和接收的数据，两者相同。从实验结果可以看出，基于UDP和CAN协议的数据传输系统可以实现所需功能。（下转第101页）·99·2019年第21期

ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新实际工作过程中应抛弃传统的管理理念，加强管理人员新思想和新理念的学习与培训，保持与社会同步、开拓创新的理念。具体来说，主要从以下几个方面着手：①在电网建设项目前期工作当中，应引入节能环保理念，这是因为近年来环境污染、能源浪费问题较为突出，而在电网项目建设过程中，也会导致大量的资源浪费和环境破坏，因此，在实际工作当中，应积极响应国家的环保号召，引入节能环保新理念，并加大新理念的宣传力度，以推动电网企业的持续发展；②本着“以人为本”建设理念，在实际工作中，要积极听取人们的建议，结合现代人们生活方式进行电网项目的建设，以发挥项目的价值，推动电网事业的持续发展。3.3积极调动政府支持在电网项目前期工作中，应以政府为主导，对电网实施建设方案进行合理设计，并以节能环保为前提，以建设节约资源和生态环境为目标，积极调动政府支持，以得到政府的资金支持，让更多的人积极参与到电网建设建设前期的管理工作当中，扩大线路建设的范围，以提升电力企业的经济和社会效益，保护生态环境，推动电网企业的稳定发展。3.4工作制度的优化近年来，随着中国市场经济体制的不断深入，电网单位应根据当前新的发展形势，制订最优化的工作制度，确保前能地避开房屋建筑区、自然保护区、景区等；合理地使用新型环保节能材料，避免资源和能源浪费。除此之外，要不断提升管理人员的水平和综合素质，增强他们的责任心，且要动员更多的人积极地参与到前期管理工作当中，以提升电网建设项目前期管理工作效率。3.5前期工作管理的优化在电网项目前期建设过程中，需要采用规范化的建设策略，对工作任务以及完成质量进行合理规划，且要加强年度储备的收集与统计、实施和调整，同时要建立完善的资料管理制度。在前期建设资料管理的过程中，要结合项目的建设内容进行分类和审批，在这个过程中对存在的一些问题进行分析，以便找出有针对性的优化方案，不断完善建设内容，在建设内容审批通过以后，才能进行立项及实施，以确保项目建设的质量和效果，提升电网工程的整体效益。4结语综上所述，电网工程建设项目前期管理对于电力企业的可持续发展起到了关键性的作用，因此，需要重视前期管理工作。在前期管理工作当中，由于工程造价贯穿于项目的全过程，因此需要合理分析工程造价，有效解决前期问题。要想促进电力企业的前期发展，需要结合建设的实际特点进行规划，确保施工过程的合理性，进而确保建设后的质量，降低故障的发生率，提升电力企业的经济效益和社会效益。参考文献：［1］尹贺春.综述电网建设项目前期管理工作中的问题及创新［J］.城市建设理论研究（电子版），2016（14）：2094.［2］占博伦.电网建设项目前期管理工作中的问题及创新［J］.中国高新技术企业，2014（8）：115-116.［3］陈仕驹.电网建设项目前期管理工作中存在的问题及创新［J］.科技创新与应用，2014（33）：159.〔编辑：张思楠〕.com.cn. All Rights Reserved.期管理工作稳定发展；同时，在电网项目建设过程中，尽可（上接第99页）参考文献：［1］史宁波，王琴，朱玲.基于CAN-Ethernet网关的人机通信技术研究及实现［J］.电工技术，2017（6）：67-68．［2］朱习松，赵霖，卢礼兵.基于FPGA的千兆以太网硬件系统实现［J］.电子质量，2017（12）：21-24.［3］蔡晨曦，秦会斌.基于以太网的多仪器数据监控系统［J］.电子与封装，2015（6）：44-48.图6上位机软件显示接收的CAN数据

［4］刘杰.UDP通信在工业控制中的应用［J］.电子技术与软件工程，2017（2）：30.————————作者简介：王庆贺（1991—），男，硕士研究生，助理工程师，研究方向为嵌入式系统设计与开发。〔编辑：张思楠〕6结束语本文以以太网和CAN总线之间的数据传输为研究对象，设计开发了基于以太网和CAN总线的数据传输系统，该系统可以实现以太网和CAN总线数据的转换，满足生产车间通信的要求。·101·