在80年代中期，為了滿足不同自動化領域的應用需求，出現了擁有不同技術特點的現場總線。每一種現場總線都有自己的應用領域，并且都力圖拓展其應用領域，以擴張其技術壟斷范圍。但每種現場總線都以一個或幾個大型跨國公司為背景，公司的利益與總線的發展息息相關。這些公司競爭的結果是多種總線協調共存。據不完全統計,目前國際上有200多種現場總線,而其中占據市場主流的現場總線有十幾種[1]。現場總線的多樣性，為總線設備用戶提供了更多產品選擇的同時，也為總線用戶帶了總線設備間兼容性問題。工廠在擴建，改建等過程中很可能會選用與原先現場設備總線標準不同的產品，這些設備由于使用不同的現場總線，彼此間不能實現數據共享，于是就降低了設備間功能互補的優點。因此針對多種總線共存的客觀事實，探討如何解決不同現場總線系統的互聯有著重要的現實意義。本文主要研究PROFIBUS-DP[2]與CAN[3]兩種總線的協議轉換的原理，并設計出了一種網關實現了這兩種總線的互聯。

2 方案設計

對于兩個異構的現場總線，其數據鏈路層和應用層協議是截然不同的，要實現它們的互聯，需要采用網關進行協議轉換。協議轉換在網關內是按分層逐次進行的。網關將現場總線設備1發送來的數據在不同的協議層次進行解包，最終得到報文中的用戶數據。然后再按照現場總線協議2逐層打包，然后發送到現場總線2中的設備。

網關（gateway）是用于實現數據鏈路層以上層的網絡互聯設備，它相當于一個協議轉換器，可以是雙向的，也可以是單向的，用來連接不同協議的網絡。它不像網橋一樣要求數據鏈路層和應用層的協議完全一致。

通常見到的現場總線網關是單CPU結構的，在這種結構里，CPU要完成兩種總線信息的傳輸與控制，同時還要完成兩種總線協議的轉換工作，該方案CPU負擔較重，控制復雜，軟件采用多重嵌套。這里提出了一種基于雙CPU結構的網關設計方法，系統中的兩個CPU對兩種總線協議的數據各自進行處理與控制，并將需要傳遞的信息放在雙口RAM內，實現信息共享與傳遞，這種方案容易控制，軟件簡單，同時減輕了CPU的負擔，增強了可靠性。

3 系統的硬件設計

系統的硬件根據功能可分為三大部分，一是CAN總線接口電路，完成CAN總線的數據收發與控制;二是PROFIBUS-DP總線接口電路，完成PROFIBUS總線數據的收發與控制;三是雙口RAM接口電路，用來完成兩種總線數據的交換。

3.1 CAN總線接口硬件結構

CAN總線接口的整體硬件結構如圖1。電路主要由四部分所構成，微控制器89C52（1），獨立CAN通信控制器SJA1000，CAN總線收發器82C250和高速光電耦合器6N137。

89C52（1）負責SJA1000 的初始化，通過控制SJA1000 實現數據的接收和發送等通信任務，同時還負責與PROFIBUS總線接口側的的數據交換，選擇89C52（1）作為CPU的主要是因為它不僅與CAN控制芯片SJA1000兼容，而且內部集成8k flash RAM，可以滿足系統的存儲要求，不需要再外擴程序存儲器。

SJA1000為CAN總線控制器。它是一種獨立CAN 控制器，是PHILIPS公司的CA82C200 CAN控制器的替代產品，它在軟件和引腳上都保持了與PCA82C200的兼容。它具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式,其中 BasicCAN是與PCA82C200兼容的方式;PeliCAN是擴展特性方式，支持具有很多新特性的CAN 2.0B協議。SJA1000的主要新功能有:標準結構和擴展結構報文的接收和發送;64 字節的接收FIFO;標準和擴展幀格式都具有單/雙接收濾波器含接收屏蔽和接收碼寄存器;可進行讀/寫訪問的錯誤計數器;可編程的錯誤報警限制;最近一次的錯誤代碼寄存器;每一個CAN 總線錯誤都可以產生錯誤中斷;具有丟失仲裁定位功能的丟失仲裁中斷;單發方式當發生錯誤或丟失仲裁時不重發;只聽方式監聽CAN 總線無應答無錯誤標志;支持熱插拔無干擾軟件驅動位速率檢測;硬件禁止CLKOUT輸出。 SJA1000的AD0-AD7連接到89C52（1）的P0口，CS 連接到89C52（1）的P2.7， P2.7為0的CPU片外存貯器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對SJA1000執行相應的讀寫操作SJA1000的RD，WR，ALE 分別與89C52的對應引腳相連。