ईथरनेट-कैन कन्वर्टर का इतिहास

काम के लिए एक स्पष्ट धूप दिन ईथरनेट इंटरफेस कनवर्टर करने के लिए एक सस्ती कर सकते हैं की जरूरत है। स्वाभाविक रूप से, खोज तैयार किए गए समाधानों के साथ शुरू हुई, लेकिन, जैसा कि अक्सर होता है, अंत में अपने स्वयं के नमूने को विकसित करने का निर्णय लिया गया। स्वाभाविक रूप से, लेखक का उत्साह खुद को इस तरह की "छंटनी" कार्यक्षमता के लिए विरोध और सीमित नहीं कर सकता था। क्या आया, कैसे और क्यों - कट के तहत।



सामान्य सारांश। ऊपर दिए गए फोटो में बोर्ड का एक 3 डी मॉडल दिखाया गया है, जिसे मैंने सीएडी अल्टियम डिजाइनर के उपयोग से विकसित किया था। मुख्य विशेषताएं और कार्यक्षमता:

• 10 \ 100 एमबी ईथरनेट
• आरटीसी
• माइक्रोएसडी (एफएटी 12, एफएटी 16, एफएटी 32) 4 जीबी
• RS232 \ RS485
• CAN
• बजर
• 3 उपयोगकर्ता एलईडी
• GPIO
• EEPROM 32 केबी
• फ्लैश 2 एमबी
• I2C
• एसपीआई
• UART
• SW \ JTAG
• USB सीरियल (COM पोर्ट)
• पावर: miniUSB 5V \ बाहरी 9..24V

एकत्र बोर्ड की लागत ~ 5000 आर है। परियोजना प्रकृति में खुला स्रोत है, स्रोत जीथब पर पाया जा सकता है। मुख्य कार्यक्षमता के अलावा, अंत में क्या निकला, STM32 माइक्रोकंट्रोलर के साथ काम करने के लिए एक अच्छा डिबगिंग बोर्ड माना जा सकता है।

और अब रचना के विवरण के लिए।

हार्डवेयर

इस समस्या का अध्ययन तैयार समाधानों की खोज और मूल्यांकन के साथ शुरू हुआ। मुख्य आवश्यकताएं थीं:

1. आने वाले CAN2.0B फ्रेम का रूपांतरण TCP \ IP पैकेट और इसके विपरीत;
2. कम लागत, परिणामस्वरूप, एक माइक्रोकंट्रोलर के आधार पर एक उपकरण का कार्यान्वयन।

चीन के सहकर्मियों के पास कई औद्योगिक समाधान हैं, लेकिन सस्ते नहीं हैं, इसलिए घरेलू उत्पादन PIRS CAN-Ethernet इंटरफ़ेस कनवर्टर के एक प्रतिनिधि को एक परीक्षण के लिए हमारे कार्यालय में पहुंचाया गया। वर्णित क्षमताओं और विशेषताओं के अनुसार, डिवाइस ने मामूली टी.जेड को संतुष्ट किया, यह केवल अभ्यास में प्रदर्शन की जांच करने के लिए बना रहा, जो मैंने किया था, जो विंडसर्क और ऑसिलोस्कोप से लैस था। किसी अज्ञात कारण से, डिवाइस के आउटपुट पर टीसीपी डिवाइस पर पैकेट भेजते समय, जहां CAN फ्रेम दिखाई देने वाले थे, भौतिक CAN स्तरों (अंतर जोड़ी) के साथ अनुक्रम लेकिन तार्किक UART इंटरफ़ेस प्रोटोकॉल (शुरुआत और स्टॉप बिट्स) के साथ बाहर थूकते हैं। मामले को खोलना, माइक्रोक्रिस्कुट के दस्तावेज खोलना और बोर्ड की पटरियों को बजाना, मैंने पाया कि, वास्तव में, माइक्रोकंट्रोलर के आरएक्स और TX (UART) पिन CAN ट्रांसीवर से जुड़े होते हैं और इसके साथ एक बाहरी कनेक्टर से जुड़े होते हैं। इस प्रकार, CAN2.0B मानक के लिए कोई हार्डवेयर समर्थन अपेक्षित नहीं था।

टीसीपी / आईपी पर डेटा के दो बाइट्स [ 0xF0 ] और [ 0x0A ] भेजते समय मैंने "PIRS CAN-Ethernet" के CANL आउटपुट पर जो देखा, वह है:



बिट्स का क्रम उल्टा है, लेकिन आप इसके साथ प्रोग्राम कर सकते हैं, लेकिन प्रत्येक बाइट के माध्यम से बिट्स को शुरू और बंद करने के साथ आवेदन स्तर पर कुछ करना पहले से ही अधिक कठिन है, क्योंकि उन्हें हार्डवेयर में डाला जाता है।

और यहाँ डेटा के समान दो बाइट्स के साथ "सच" CAN2.0B फ्रेम क्या है:



जैसा कि आप ऑसिलोग्राम से देख सकते हैं, डेटा बाइट्स के अलावा, फ्रेम में प्रोटोकॉल के कई सर्विस बिट्स और स्टफिंग बिट्स होते हैं, और सबसे महत्वपूर्ण बात, वे बिना किसी शुरुआत के लगातार चलते हैं और बिट्स को रोकते हैं! (जो लोग रुचि रखते हैं, बिगाड़ने के तहत इस पैकेज का विस्तृत विवरण)।


इस प्रकार, सॉफ़्टवेयर विधि के साथ CAN और UART फ्रेम की असंगति की समस्या को हल करना मेरे लिए संभव नहीं था, और एक निराशा की दृष्टि से मध्यवर्ती शोध परिणामों को देखते हुए, आवश्यक डिवाइस के अपने स्वयं के प्रोटोटाइप को विकसित करने का निर्णय लिया गया था।

इस तथ्य के कारण कि अब डिवाइस की एक व्यापक श्रेणी की तकनीकी विशेषताओं को नियंत्रित करना संभव था, निम्नलिखित आवश्यकताओं को जोड़ा गया था:

3. परिवहन प्रणालियों में 12-24 वी से बिजली की क्षमता;
4. भंडारण लॉग के लिए बाहरी मेमोरी की उपस्थिति;
5. बोर्ड के आयाम 86x80 मिमी से अधिक नहीं हैं।
6. ऑपरेटिंग तापमान रेंज -40..85 ° C

कुख्यात STM32F407VET6 प्लेटफॉर्म [2] को नए डिवाइस के मस्तिष्क के रूप में चुना गया था, जिसमें सभी आवश्यक इंटरफेस के लिए हार्डवेयर समर्थन और रैम और फ्लैश मेमोरी की अच्छी आपूर्ति है। इंटरनेट को पॉलिश करने के बाद, DP83848IVV ट्रांसीवर [3] को PHY इथरनेट के रूप में चुना गया, जिसके पास, मेरी राय में, अच्छा प्रलेखन और कनेक्शन और रूटिंग योजनाओं के पर्याप्त उदाहरण हैं। लॉग्स के भंडारण के लिए बाहरी गैर-वाष्पशील मेमोरी के रूप में, मैंने कई प्रकार की सेटिंग्स को स्टोर करने के लिए SPI FLASH 2 MB और SPI EEPROM को चुना। इसके अलावा, ओवरवॉल्टेज, पोलरिटी रिवर्सल के खिलाफ पावर प्रोटेक्शन को जोड़ा गया। एन शाम और एम सप्ताहांत के बाद, एक सर्किट आरेख और पहले संस्करण के डिवाइस के मुद्रित सर्किट बोर्ड का एक निशान बनाया गया था। क्योंकि बोर्ड पर पर्याप्त जगह थी, लेकिन मैं मुख्य कार्यक्षमता के अलावा बेकार एमके पैरों को छोड़ना नहीं चाहता था, बोर्ड को जोड़ा गया था:

• डीबगिंग उपकरण SW, JTAG;
• 8-डीआईपी स्विच;
• माइक्रो-यूएसबी (यूएसबी सीरियल);
• 232 रुपये;
• UART;
• I2C;
• GPIO

यह विचार था कि यदि आवश्यक हो, तो बोर्ड अतिरिक्त घटकों को स्थापित करके कार्यक्षमता का विस्तार करने के लिए तैयार था। इसके अलावा, अतिरिक्त सीटें उत्पादन की लागत को प्रभावित नहीं करती हैं। एक तरफ, दुर्भाग्य से, इस वजह से, यह सब कुछ फिट करने के लिए संभव नहीं था, इसलिए बोर्ड द्विपक्षीय 86x80 मिमी, मिनट निकला। ट्रैक की चौड़ाई 0.25 मिमी, न्यूनतम छेद व्यास 0.6 मिमी।


पीसीबी डिजाइन का पहला संस्करण

बाद में, दो परीक्षण नमूनों का आदेश दिया गया और अनुसंधान के लिए बाह्य उपकरणों के एक पूरे सेट के साथ इकट्ठा किया गया। पैसे बचाने के लिए, बोर्ड एक मुखौटा के बिना बनाया गया था और इसलिए इस तरह के एक अव्यवस्थित रंग है।



STM32CubeMX की मदद से, मैंने डिवाइस के मुख्य परिधीय मॉड्यूल के संचालन की परीक्षा के साथ एक परीक्षण फर्मवेयर को स्केच किया और, पहले सन्निकटन के रूप में, सब कुछ काम किया, एमसी को बाहरी 8 मेगाहर्ट्ज क्वार्ट्ज से शुरू करने के अलावा। यह पता चला है कि विनिर्देशन को खींचने में मेरी गलती के कारण, गलत लोड कैपेसिटर को मिलाया गया था। लेकिन यह आंतरिक RC जनरेटर के साथ काम करने से STM32F407 को रोक नहीं पाया। जब मैं अपने डिवाइस को पिंग करने में सक्षम था, तो कोई संयम करने वाला आनंद नहीं था। मैंने PHY ईथरनेट ट्रेस के साथ सबसे लंबा समय लिया है। फिर ब्राउज़र में मैंने अपना परीक्षण http पृष्ठ देखा और परीक्षण के साथ शांत हो गया।

ज़ेलेनोग्राड में बोर्डों के पहले नमूनों के उत्पादन का आदेश दिया गया था। और, इस तथ्य के बावजूद कि "मास्क" और "बिना" की लागत लगभग दो गुना अलग थी, मैं प्रोटोटाइप चरण पर भी ऐसा करने की अनुशंसा नहीं करता, क्योंकि, एक नियम के रूप में, यह इस स्तर पर है कि ट्रेस त्रुटियां पॉप अप होती हैं और कुछ होता है सोल्डर। लेकिन "नंगे" पटरियों पर नशे में होने के लिए बेहद अप्रिय है, पैसे बचाओ, लेकिन शायद ही कोई नसों। हां, और फिर अनुमान लगाना कि क्या कहीं एक छोटा ब्रेक था या ट्रेस गलत है - ऐसा आनंद। मेरी अनुभवहीनता के कारण, एक क्वार्ट्ज गुंजयमान यंत्र और लोड कैपेसिटर को मिलाते हुए, मैंने एक नमूना मार दिया।

उस समय तक, काम पर, डिब्बे में वर्तमान परियोजना में रूपांतरण कार्य को हल करने में सक्षम लोहे का एक टुकड़ा था, लेकिन, बड़े आकार और लागत के अलावा, इसके लिए लिखित फर्मवेयर होने पर, मैं रैम आकार और टीसीपी / आईपी एमके स्टैक की छंटनी कार्यक्षमता से जुड़ी समस्याओं में भाग गया। LPC2368। तो आपके डिवाइस को केवल तेज करने की इच्छा।
पहले संस्करण की कमियों का ध्यानपूर्वक अध्ययन करने के बाद, मैंने दो बार बिना सोचे-समझे दूसरे को आगे बढ़ाया। और फिर से मैं "भविष्य के लिए बैकलॉग" जोड़ना चाहता था, जिसमें निम्नलिखित घटकों को पिछले फॉर्म फैक्टर में शामिल किया गया था:

• बैटरी के साथ RTC समर्थन;
• RS-485;
• माइक्रो एसडी;
• बजर ट्वीटर;
• यूएसबी से बिजली की क्षमता;
• बाहरी कनेक्टर को एसपीआई;
• बाहरी कनेक्टर को 5V और 3.3V पावर।

अन्य बातों के अलावा, उपयोगकर्ता कनेक्टर्स पर वर्तमान बिजली संरक्षण और टीवीएस डायोड जोड़े गए थे।

परिणाम बाहरी मॉड्यूल को जोड़ने की क्षमता के साथ एक प्रकार का देव-बोर्ड है। इस बार मैंने चीन में एक बोर्ड का आदेश दिया। हमारे साथ असेंबली की गई।




बोर्ड का दूसरा संस्करण

दूसरे संस्करण तक, मैंने Altium Designer में 3D मॉडलिंग का पता लगाया, जिसने दो पक्षों पर घटकों की सापेक्ष स्थिति में त्रुटियों से बचने में बहुत मदद की (यह पता चला कि इंटरनेट पहले से ही SMD घटकों के तैयार मॉडल से भरा हुआ है [4] )। इस प्रकार, पहले संस्करण की सभी त्रुटियां तय हो गईं, नवाचारों ने अपनी दक्षता दिखाई, जिससे मुझे बहुत खुशी हुई।

फर्मवेयर

कोड का विवरण इस भाग के दायरे से परे है, हालांकि मैं सॉफ्टवेयर घटक के बारे में कुछ शब्द कहना चाहूंगा। अपने डिवाइस में, मैंने FreeRTOS + LwIP स्टैक का उपयोग करने का निर्णय लिया। उनके बारे में पर्याप्त संख्या में लेख हैं, उदाहरण के लिए, [5] और [६] , इसलिए उन्हें अपनी परियोजना में बाँधना मुश्किल नहीं होना चाहिए। संक्षेप में, LwIP एम्बेडेड सिस्टम के लिए एक टीसीपी / आईपी स्टैक है, जिसमें कम रैम खपत और एक सुविधाजनक एपीआई (यहां तक ​​कि बीसीडी सॉकेट शेल भी है)। मैंने netconn एपीआई का उपयोग किया। FreeRTOS के माध्यम से, टीसीपी / आईपी स्टैक के सभी काम को एप्लिकेशन से अलग स्ट्रीम में रखा गया है। मुख्य कार्य (कैन बस में एक बाहरी टीसीपी सर्वर को जोड़ने) के अलावा, एक अलग वेब सर्वर डिवाइस सेटिंग्स तक पहुंचने के लिए एक स्वतंत्र स्ट्रीम में कताई कर रहा है। इस तरह के वेब इंटरफ़ेस का उद्देश्य डिवाइस सेटिंग्स की निगरानी और कॉन्फ़िगर करना है - विभिन्न ऑपरेटिंग मोड, ट्रांसमिशन स्पीड, एड्रेस आदि की स्थापना। मुझे अभी तक नहीं पता है कि इसके माध्यम से फर्मवेयर अपडेट करना संभव होगा या नहीं।

निष्कर्ष

यह इस तरह की जटिलता का पहला (और मुझे आशा है कि अंतिम नहीं) हार्डवेयर प्रोजेक्ट था, और गलतियों के बावजूद, बोर्ड का दूसरा संस्करण, मुझे लगता है, सफल माना जा सकता है। प्रत्येक पुनरावृत्ति पर, कई संदेह थे, लेकिन, फिर भी, एक बार फिर मुझे यकीन है कि यदि आप कोशिश नहीं करते हैं, तो कुछ भी निश्चित रूप से बाहर नहीं निकलेगा।

सूत्रों का उपयोग किया

1. विकिपीडिया / नियंत्रक_अरे_नोटवर्क
2. STM32F407VET6 डेटशीट
3. DP83848 डेटशीट
4. 3 डी मॉडल
5. FreeRTOS का परिचय
6. LwIP का परिचय