基于以太网和CAN总线的楼宇自动化系统设计

rioHighRdy(最高优先级任务优先级)的值，即把最高就绪任务优先级设置为新的当前任务优先级。

3)将原任务TCB的第一个成员(指向栈顶的指针*OSTCB-StkPtr)的值修改为当前SP寄存器的值，以便再次返回。

4)获取最高优先级的任务控制块中第一个成员(指向堆栈栈顶指针*OSTCBStkPtr)的值并将其保存到SP寄存器中。

5)将OSTCBCur的值修改为新就绪最高优先级任务的任务控制块地址。

6)将新任务的PC地址、通用寄存器数据、CPU状态出栈，开始执行新的任务。

因为任务切换是将当前任务的基本信息保存起来(入任务栈)，并加载新任务的基本信息(出栈)，而这些信息很大一部分都被存储在CPU的寄存器中，因此根据处理器的不同，此函数在实现上略有差异，一般都采用汇编语言实现。

3．2 编写设备驱动程序

设备驱动程序主要包括以太网和CAN软件包，以太网驱动主要是初始化LPC2478内部以太网模块的一些重要的寄存器如MAC配置寄存器、MAC地址寄存器、命令寄存器、状态寄存器、中断状态寄存器等等。以太网模块内部采用DMA方式读取数据，分别使用接收、发送描述符数组来表示接收和发送的数据块。以太网模块发送和接受数据的流程如图2所示。

CAN的初始化包括初始化时钟分频寄存器，同时选择能支持扩展帧的PeliCAN模式，设置接收中断，采用中断来接收数据，设置总线时序寄存器、输出控制寄存器等。初始化CAN流程图如图3所示。

3．3 嵌入式TCP／IP协议栈的实现方法

嵌入式TCP／IP协议栈同样由套接字来实现，主要包括IP、ARP、ICMP、TCP、UDP协议等等。TCP／IP模型结构分为4层，由上到下分别是：应用层、运输层、网络层、物理和数据链路层。数据从应用层发出，经过套接字封装，传输至数据链路层，交由以太网发送模块处理。同样的，以太网接收模块收到的数据，经过解包，最终交由应用层接收。考虑到系统实时性，我们采用UDP传输协议进行数据和命令的传送。编写UDP通信的任务时分为服务器方式和客户机方式两种，服务器方式是先接收到数据再进行处理，而客户机则是先发生数据，然后等待回应处理。UDP进程的流程如图4所示。

数据报的接收是通过一个任务来进行的。该任务优先级较高，可以通过时问片来触发，也可以通过中断来触发。Rec_Packet()函数是底层的驱动程序函数，它在接收时调用了Rec_Ethemet_Packed()函数进行以太网层处理，而Rec_Ethemet_Packed()函数又调用了IP_PROCESS()函数。IP层的处理由IP_PROESS()函数执行，它将UDP报通过消息队列交给UDP处理任务去执行。

数据报的发送与数据报的接收是一个相反的过程，是由上层协议函数调用下层协议函数来进行的。上层UDP处理函数或Socket接口函数都是通过调用Send_Ip_Frame()函数来发送IP报的，而Send_Ip_Frame()函数则调用Send_Ip_To_LLC()函数来处理IP地址对应MAC地址的事情，然后Send_Ip_To_LLC()再调用Send_Ethemet_Frame()函数，把对应的MAC地址写入发送区，最后调用驱动程序的发送函数Send_Packet()。

4 关键部位实验验证

设备节点样机如图5所示，它带有一个DS18B20数字温度传感器，实时将温度数据通过CAN传输至上位机，再通过局域网传至主控计算机；具有多路I／O接口(可外接继电器)，能接收上位机命令改变I／O口的输出。上位机使用ARM核心板外扩通信接口作为实验板，主控机使用路由器接入，控制界面由VC++编写。实验时将IP地址设为一固定的私有IP，网关IP设为内置交换机的TP-LINK路由器IP，设置好路由器工作方式后即可运行。以温度采集与继电器控制为例，验证了主控机对设备节点的监控和管理功能，表明该方案技术切实可行。

5 结束语

提出了一种实时性较高、实用性较强的楼宇自动化控制系统解决方案，并对关键技术进行了验证。系统技术成熟，易于维护和扩展，可以将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，对各系统设备进行集中监控和管理，使各下属设备协调有序的工作，并及时处理故障。