相关专题：
0 引 言
随着Internet的普及，实现智能家居远程控制不再是人们的梦想，其完全成为可能，然而实现这个梦想需要花费高额代价，智能家居迄今仍不能普及，因此设计一款性价比好的家庭控制器很有必要。CAN总线采用非破坏仲裁技术，短帧结构和数据出错率极低，可以满足控制系统安全性、可靠性、快捷性的要求。目前以太网以成本低，通信速度快，兼容性和互操作性好，资源共享能力强等特点已成为目前最流行的因特网接入方案之一，因此采用CAN总线组建家庭内部网络，再通过网关与外部以太网相连实现对家居电器设备的远程控制，实现CAN网络与以太网的结合，已成为家居发展的趋势。CAN与以太网采用的网络协议，要确保两种网络之间高效无缝地连接网关是问题的关键。在此设计一种基于ENC28J60的高性能嵌入式以太网／CAN网关。
1网关的硬件设计
1.1 系统硬件结构
该系统的硬件部分主要由ARM、以太网接口、CAN接口、高速存储器、JTAG口、复位电路和电源等组成，其系统硬件结构如图1所示。ARM负责对以太网接口芯片和CAN接口芯片进行控制。ARM移植TCP／IP通信协议和CAN协议，可完成以太网协议和CAN总线协议转换，实现以太网接口和CAN接口通信数据的透明传输。JTAG口主要用来下载程序，进行系统仿真调试。键盘、LCD显示用来实现人机交换。
1.2主控制器的选择
微处理器选用Philips公司ARM7TDMI内核的32位微控制器LPC2294，与一般单片机相比，LPC2294可嵌入操作系统。LPC2294内嵌256 KB的高速FLASH存储器和16 KB的静态RAM，多个外部中断和串行口，LPC2294内部还集成了CAN控制器，只要加上CAN总线收发器就可以构成CAN节点，从而大大简化了硬件电路。同时，由于LPC2294具有多路CAN，因此还可以把系统设计成冗余结构，以提高系统的可靠性。LPC2294还支持JTAG实时仿真和跟踪，并具有128位宽度的存储器接口和独特的加速结构，它能够使32位代码在高达60 MHz的操作频率下运行。
1.3系统电源电路和复位电路
在该设计中，需要使用5 V，3.3 V和1.8 V的直流稳压电源。其中，5 V电源由LM317L三端可调稳压器产生；3.3 V和1.8 V电源由可调节输出电压的SPX1117产生。系统复位电路的可靠性对整个系统的稳定起着非常重要的作用。在复位电路中采用了电压监控芯片TPS383K33，它是10 ms或200 ms可选的上电复位发生器，具有防按键抖动的手动复位输入功能，允许组成多个IC的菊花链电压监控等。复位电路如图2所示。图2中，nRST连接到LPC2294的复位脚RESET；nTRST接以太网控制器ENC28J60的复位引脚。当复位开关SW按下时，TPS383K33输出复位信号，引脚REST输出低电平，导致两路74HCl25(三态门负逻辑控制)导通，信号nRST和nTRST输出低电平使系统复位。在系统正常运行情况下，TPS383K33的引脚REST输出高电平，两路74HC125截止，上拉电阻R1，R2将信号nRST和nTRST上拉为高电平。
1.4 CAN总线接口
CAN总线接口由LPC2294和CAN总线收发器等构成。这里采用带隔离的高速CAN收发器CTM1050T，其主要功能是将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平，并且具有(DC2500V)隔离功能、ESD保护功能及TVS管防总线过压功能，其内带隔离器，可减少外部相关电路的设计。CAN总线接口电路如图3所示。CTM1050T的接收引脚RXD、发送引脚TXD串接390 Ω的电阻分别与LPC2294对应的CAN收发引脚RD1，TD1引脚相连。CTM1050T的CANH和CANL引脚之间应串联120 Ω的电阻，以消除电路中信号的反射等干扰。CANH和CANL与地之间还应并联2个30 pF的小电容，这样即可消除总线上的高频干扰和电磁辐射。
1.5以太网接口
在系统设计中，采用ENC28J60作为网络接口芯片。ENC28J60是美国微芯科技公司推出的28引脚独立以太网控制器，内置以太网物理层器件(PHY)及介质访问控制器(MAC)，可按以太网协议可靠地收发信息包数据。另外，它还具有可编程8 KB双端口SRAM缓冲器，数据传输速率高达10 Mb／s。ENC28J60具有多种集成功能，如CRC校验、可编程过滤、可自动评价、接收或拒收多种信息包、数据滤波等功能，能高效率地进行信息包的存储、检索和修改，可减轻主控微处理器的内存负荷。ENC28J60采用标准的SPI串行接口，只需4条连线即可实现与微处理器相连，而且它只有28个引脚，可以大大简化相关设计，减小空间。网络插座采用RJ45插座HR911102A，其内置网络变压器、状态显示灯和电阻网络，具有信号耦合电气隔离、阻抗匹配、抑制干扰等特点，可提高系统抗干扰能力和收发的稳定性。以太网接口电路如图4所示。图4中ENC28J60的2个中断引脚INT和WOL分别接LPC2294的EINT1，EINT2；ENC28J60的SPI脚SO，SI，SCK，CS分别接LPC2294的脚MISO1，MISI1，SCK1，CS1，2个专用的引脚(LEDA，LEDB)用于连接HR911102A的LEDG，LEDY，进行网络活动状态指示。
