CANopen应用以及嵌入式网络多接口问题
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CANopen应用以及嵌入式网络多接口问题  2012/3/1
嵌入式网络历时已久,与此同时也产生了几种不同的标准。未来在一个应用中使用多个微控制器(MCU)的趋势将不断延续,其结果就会出现越来越多的嵌入式网络,但由于缺少一种主导性的标准,因此将需要更多的网络间接口,嵌入式网络桥接技术对于解决多接口问题便提供了很好的解决方案。近来,许多嵌入式应用都涉及到嵌入式网络问题,应用中使用了多个微控制器,它们之间相互通信。这样做是因为系统的控制是分布式的,或者是因为远程传感器和执行
  嵌入式网络历时已久,与此同时也产生了几种不同的标准。未来在一个应用中使用多个微控制器(MCU)的趋势将不断延续,其结果就会出现越来越多的嵌入式网络,但由于缺少一种主导性的标准,因此将需要更多的网络间接口,嵌入式网络桥接技术对于解决多接口问题便提供了很好的解决方案。

近来,许多嵌入式应用都涉及到嵌入式网络问题,应用中使用了多个微控制器,它们之间相互通信。这样做是因为系统的控制是分布式的,或者是因为远程传感器和执行器需要连接到主控制单元。

最近的趋势之一是在一个系统内使用多个嵌入式网络。使用多个网络有助于使单个网络上的负载保持较低和更可预测。使用多个网络的另一个需求是当需要把在嵌入式网络上采集的数据传送到更高控制层或统计数据采集层时,经常负责将数据向更高控制层报告的网络具有一些与传感器和执行机构上的网络完全不同的要求,因而可能采用完全不同的技术和网络协议栈。为了实现这两种网络之间的接口,就需要采用某种桥接或网关技术。

协议转换

用于嵌入式网络的网桥和网关不仅要能够接收和转发信息,通常还需要执行协议转换工作。CAN总线上使用的协议可能是DeviceNet或CANopen,而以太网上使用的协议则可能为TCP/IP。为了能够将数据从其中一个网络向其他网络传递,可能需要执行进一步的数据处理,一个网关不仅需要实现所有协议栈,而且还需要能够进行处理。另外还需要一些详细的配置,以便让网关知道要把哪个网络上的哪个数据转发到另外的某一网络上。

转发器、网桥和网关

当需要在不同网络架构间进行接口时,有多种多样可实现这些网络互连的方法,最常用的就是转发器、网桥和网关。就硬件和软件要求而言,包括开发和配置在内,转发器、网桥和网关之间在复杂度上存在很大差别。转发器不需要微控制器和软件就可以开发,网桥则需要有一个中等性能的微控制器/微处理器,并运行熟悉选定网络协议特性的软件。而网关则需要有一个高端微控制器/微处理器,并运行功能全面的软件包,它需要能够理解与之连接的“所有”网络协议和“所有”传送数据的详尽配置信息。只有拥有这些信息,网关才能做出决策,决定将哪个数据如何转发以及发往何处。

网桥和网关对微控制器的要求

对网桥或网关中使用微控制器的第一个要求是要能够访问需要进行互连的嵌入式网络。所需的这些通信接口越是集成在片上,网桥或网关的实现就会更简单和更经济。添加外围元器件来处理这些通信接口通常要花更多成本(增加芯片数量和PCB板空间)。

其次,微控制器需要具备足够的性能来处理这些接口上恶劣情况下的通信负荷,以保证没有信息丢失。在此,需要着重指出的是,不仅要考虑总吞吐率,还要考虑最差情况延迟,这种情况可能会在中断服务程序从接收缓冲区中检索数据前发生。

最后,微控制器需要能够访问一定容量的RAM和非易失性存储器。RAM用于在将数据转发到其他网络前对数据进行缓冲/暂存以便处理。非易失性存储器(如EEPROMFlash)用于存储配置信息,这些信息可决定将来自哪个网络的哪个数据,通过什么方式转发到其他哪个网络。一般而言,网关需要的RAM比网桥要多得多,网桥需要的RAM比转发器要多得多。

至于所需的性能要求,一般的流行通信接口可分为三组:

◆ 面向字节通信(RS-485LIN、I2C)
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