[发明专利]基于ARM7CPU核的GPRS－CAN网关及其通讯方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于GPRS无线网络和CAN工业现场总线的网络控制，主要涉及到一种基于ARM7CPU的用于从工业现场远程数据采集并无线传输的新型GPRS-CAN网关。

背景技术

近年来随着工业自动化领域的快速发展，工业现场总线由于其可靠性高、成本低、故障率低等优点使得其应用越来越广泛，出于成本和通信性能的考虑，CAN总线在工业现场总线中占有很大的比重，尤其是在铁路机车、轻轨、地铁等轨道交通领域，CAN总线的应用尤其广泛。随着我国铁路信息化的建设，对于轨道车辆的远程监控也成为当前需要迫切解决的问题，在全国大规模的GSM-R网络建成之前，使用GPRS网络将从机车车辆现场采集的数据无线传输到地面，成为当前成本低、实现快、可靠性高的首选方案。本设计就是针对这一应用，采用了ARM7CPU设计出一种低成本、高性能的GPRS-CAN网关。

CAN是英文Controller Area Network的缩写，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN最初出现在80年代末的汽车工业中，由德国Bosch公司最先提出。当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上。1993年，CAN已成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519(低速应用)。

CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。CAN协议的2.0A版本规定CAN控制器必须有一个11位的标志符。同时，在2.0B版本中规定，CAN控制器的标志符长度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B协议的CAN控制器可以发送和接收11位标识符的标准格式报文或29位标识符的扩展格式报文。如果禁止CAN2.0B，则CAN控制器只能发送和接收11位标识符的标准格式报文，而忽略扩展格式的报文结构，但不会出现错误。

由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护、轨道交通等领域中得到了广泛应用。

GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的数据承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用分组交换技术，数据传输速率高达160Kbps。分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储转发的接力方式送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换基本上不是实时系统，延时也不固定，但可以使不同的数据传输“共用”传输带宽：有数据占用带宽，无数据时不占用，从而分享资源。采用分组交换的GPRS则可灵活运用无线信道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地提高了无线资源的利用率。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。由于GPRS允许用户在分组交换模式下发送和接收数据，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。

ARM7CPU是ATMEL公司基于ARM7核的CPU，该CPU属于AT91系列ARM微处理器，内部具有256K字节高速Flash，32K字节高速SRAM，MMC接口，2个SPI口，3个UART，2个串行CAN总线通讯接口、19通道的DMA，9个定时器，1个周期间隔定时器，后备电池模块，看门狗，8PWM，16通道10位ADC，高驱动力引脚，POR，晶振，片上RC振荡器，PLL，高级时钟及电源管理单端3到3.6V电源。由于该CPU带有串行CAN2.0B控制器和UART口，对于实现GPRS-CAN网关提供了条件。

发明内容