2022-06-20 08:52:56
引言
橡塑机械是现代制造技术中一类重要工具，是一种由数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置构成的机电一体化产品，它被广泛应用在橡塑产品加工制造领域。随着科技的进步，橡塑机械正朝着高速度、智能化、多功能化、高可靠性的方向发展。在监控系统方面，尤其是近年来，也发展得更为集成化、网络化。作为提升橡塑机械性能的一个重要组成部分，其监控系统也得到了长足的发展。本文设计了一款基于ARM9、嵌入式Linux以及CAN总线技术的应用于橡塑机械的双层网络.，并介绍了成功应用于橡塑机械的实例。
1 双层网络系统整体设计
系统基于工业现场监控集成化、自动化的理念设计了下层CAN总线结构。在现场监控部分，.所需要完成的工作包括：通过CAN总线与底层控制器交互，读取并显示橡塑机械当前工作的状态，配置并发送需要修改的运行参数。
在CAN现场总线的基础上，基于远程维护监控的理念，设计了上层的网络支持。在上层网络部分，.提供WEB服务器，根据远程PC的请求发送相应的数据。网络结构如图1所示。
2 硬件系统设计
硬件系统采用了以ARM9内核CPU为主体的组织体结构。选择了S3C2410为核心，扩展了64M SDRAM和64M NAND FLASH的硬件系统。由于该CPU内部并未集成CAN总线控制器以及以太网控制器，因此通过MCP2510以及CS8900A分别扩展了CAN总线功能和以太网功能。以下对两个扩展部分做重点介绍。
2．1 CAN总线扩展
MCP2510完全支持CAN总线V2．0A／B技术规范，能够发送和接收标准和扩展报文，同时具备验收过滤以及报文管理功能。该器件包含三个发送缓冲器和两个接收缓冲器，能够减少S3C241O芯片的管理负担和软件设计的负担。
接口中使用了总中断引脚INT，处理器在响应总中断后，通过SPI通道访问MCP2510内部相应寄存器来确定具体的中断事件，并对其做出处理。
如图2所示，S3C2410通过SPI总线发送MCP2510控制命令以及需要传输的数据，通过MCP2510控制转换以后生成总线报文，并通过光电隔离器6N137以及总线驱动器8C250之后发送到CAN总线上。
2．2 以太网扩展
以太网和CAN现场总线的集合，大大加速了工业控制集成化、信息化的进度。采用了CS8900A芯片以完成以太网扩展。其主要包括802．3介质访问控制块，支持全双工操作，完全依照IEEE 802．3以太网标准(ISO／IEC8802-3，1993)，负责处理有关以太网数据帧的发送和接收。
在硬件连接上，通过外部中断EINT9来响应通信，通过ADDR24以及其他片选读写信号来控制网卡芯片的工作以及地址空间位置。
在收到由CPU发来的数据报后，CS8900A将开始侦听网络线路。如果线路忙，就等待线路空闲，否则立即发送数据。发送过程中，需要添加以太网帧头，产生CRC校验码，最后将此数据帧发送出去。接收数据时，接收到数据帧后，还需要经过解码、剥除帧头和地址检验等步骤后存于CS8900A片内的缓存区。并还需要通过CRC校验，便会产生外部中断，通知主机收到了数据帧，最后，再根据CPU的指令，将数据传输给CPU。
网络的扩展对于橡塑机械的整体化集成化管理起着极为关键的作用，作为一个高速、开放的通信接口，网络给系统带来了很大的灵活性和可扩展性。同时，在监控系统的调试过程中网络也发挥着不可替代的作用。
3 软件系统设计
整个.的软件设计建立于嵌入式Linux操作系统的基础之上，因此软件设计分为系统软件设计和应用软件设计两大部分。系统软件主要为对应设备的驱动程序设备，CS8900A为常用的典型网络扩展设备，已经有既成的驱动程序；而CAN总线扩展则需要根据应用中所需要的网络协议来自定义实现。应用软件设计部分主要包括CAN服务器端的开发和WEB Server的移植。
3．1 系统软件设计
本设计采用外部中断EINT3连接MCP2510的总中断，配置控制器始终处于唤醒模式，发送器处于正常模式，并使能接收、发送、错误中断，以中断方式处理CAN总线数据收发。具体流程如图3所示。
对中断的处理主要包括以下三种模式：
(1)发送处理。在满足下述两种条件时会启动发送处理：其一发送中断响应中，如果当前有发送任务，通过发送缓冲区记录标志确定空的发生缓冲区并向其中填发送帧，然后启动发送；其二在接收中断响应中，在接收处理完后如果有发送任务且有发送缓冲区空闲，同样会处理发送任务。采用两种发送处理方式可充分利用MCP2510的多个发送、接收缓冲区，以提高通信效率。
(2)接收处理。首先需根据ICOD的值来确定当前准备好数据的接收缓冲区。接收帧处理过程中首先读取帧的ID值，确定当前帧的数据是哪个节点发送来的，并据此把帧中数据字段的数据存放在相应的位置。
(3)错误处理。由于引起错误处理的原因很多，在产生错误中断之后，需访问错误标志寄存器确定具体错误类型，并据此做相应的处理。
最后在所有的处理中都需更新发送缓冲区使用记录，以便于发送和接收中断响应中据此判断发送缓冲区的使用情况，从而确定当前是否可以做发送处理。