本設計是以全電子化鐵路車站控制系統為背景，任務是實現鐵路車站執行機與遠程監測機之間的信息交換。其中，執行機包括各個執行單元，采用CAN總線接口。監測機為遠程的PC控制機，采用以太網接口。本設計指在實現CAN通信鏈路和以太網通信鏈路的透明連接，最終形成通用的CAN總線以太網網關。

CAN總線與以太網通信，通常采用兩種方案，一種是采用工控機加網卡來實現。這種連接方式成本高，開發周期長。另一種是采用32位MCU+RTOS的方案，這種方案采用32位高檔單片機，在RTOS（實時多任務操作系統）的平臺上進行軟件開發，在嵌入式系統中實現TCP/IP的協議處理。它的缺點是：單片機價格較高，開發周期較長，需要購買昂貴的RTOS開發軟件，對開發人員的開發能力要求較高。鑒于上述方案的優缺點，筆者設計一種單獨的以太網網關互連系統，成功地實現了以太網與CAN總線的直接互聯。

一、硬件設計

系統電路原理如圖1所示。本系統以單片機為界，為了兩部分：CAN總線控制部分和以太網控制部分。系統提供RJ45接口連接Ethernet網絡，并且提供一個CAN總線接口供用戶使用。系統可以把從Ethernet上過來的IP數據報解包送給CAN總線接口，也可把從CAN總線接口過來的數據封裝為IP包送到局域網中。

圖1 系統電路原理框圖

（一）單片機及其外部存儲器

單片機W78E58B為主要控制部分，實現對網絡芯片和CAN控制器的控制。在微處理器內嵌入TCP/IP協議和CAN協議，完成兩者之間的協議轉換，實現CAN接口和以太網接口之間數據的透明傳輸。

62256是32K的外部RAM，用來緩存以太網數據包和CAN總線傳來的數據，使用它的目的是提高單片機的數據傳輸速度和處理復雜的TCP/IP協議。由于以太網最大的數據包有1514字節，而單片機W78E58B只能256字節的RAM，無法存儲這么大的數據包，只能放在外部RAM里，以使單片機能夠高速地吞吐數據。P2.7為低電平時，62256被選通，因此其尋址范圍為0000H～7FFFH。

單片機W78E58B內部有32K的EEPROM，可用來存儲一些配置信息，如網關IP地址、MAC地址、SJA1000的ID網絡標識符、網絡掩碼和總線定時（BTR0、BTR1）等。這樣可以靈活方便地修改網關參數，適應不同的環境，同時也有利于以后的擴展。

（二）以太網控制部分

RTL8019AS是臺灣Realtek公司制造的一種高集成度的全雙工10M/S以太網控制芯片，可實現基于Ethernet協議的MAC層的全部功能，內置16KB的SRAM、雙DMA通道和FIFO，可完成數據包的接收和發送功能。

在該設計中，RTL8019AS使用跳線模式（JP置為高），數據線使用八位模式（IOCS16B用27kΩ電阻下拉接地），RTL8019AS的低五位地址線SA0～SA4對應接到單片機的P2.0～P2.4，SA6和SA9接VCC，其他地址線全部接地。當P2.6和P2.7同時為高電平時RTL8019AS的片選信號AEN使能。RTL8019AS的I/O地址需要映射為單片機的I/O地址，這樣單片機才能操作RTL8019AS。根據電路設計，該系統中單片機的I/O地址與RTL8019AS的I/O地址之間的映射關系為：0XC000H～240H，0XC100H～241H…）XDF00H～25FH，共32個字節。RTL8019AS除與單片機連接外，還將其網絡收發器的四根引腳HD、LD、TRIN+、TPIN-通過外部的隔離濾波器LPF與以太網相連，目的是提高網絡通信的抗干擾能力。

（三）CAN總線控制部分

SJA1000為CAN總線控制器，具有多主結構、總線訪問優先權、廣播報文功能及硬件濾波功能，具有簡單總線連接的SJA1000可完成物理層和數據鏈路層的所有功能。它具有兩種工作模式BasicCAN和PeliCAN。BasicCAN僅支持標準模式（本文僅介紹BasicCAN模式），支持錯誤分析功能，對CAN收發器進行控制，為微控制器提供控制CAN總線的簡單接口。單片機對SAJ1000的讀寫就像讀寫自己的外部RAM一樣。P2.7取反后作為其片選信號線。因此，SJA1000對應地址為8000H～807FH。SJA1000的/INT引腳接單片機的INT1引腳，使單片機能夠實時響應CAN的中斷請求。