网络处理器:CAN还是以太网?

尽管任何具有网络接口的微处理器都可以被归类为网络处理器，但任何复杂的处理器都应该支持广泛采用的通信总线之一，如以太网或can(控制区域网络)。

在选择要支持的适当网络总线时，设计人员应该问几个问题:CAN和以太网会继续被广泛采用吗?如果是这样，它们将如何共存?最后，总线的选择将如何影响网络处理器的设计?我们可以通过比较总线的技术特性和研究市场发展来回答这些问题。

这个处理器有两个角色;一个网络嵌入式控制器和一个以太网- can桥接。

CAN协议是基于消息而不是基于地址的，这一事实有几个好处。首先，这种方法支持模块化电子设备的使用——发送控制器不需要知道接收器，反之亦然。二是提高了服务和升级的便利性。第三，这允许多个节点从同一消息接收信息;例如，几个控制器需要的测量可以简单地广播，从而最大限度地减少带宽使用。CAN协议的另一个节省带宽的特性称为远程传输请求，它允许一个节点请求从其他节点发送信息。例如，在执行诊断套件期间可以使用此功能。与其让所有监测站定期发送状态信息，不如只在实际需要时才从非关键节点请求状态信息。

CAN总线的另一种强度被称为故障约束。当室温传感器出现问题时，这可以防止整个生产线瘫痪。CAN节点能够执行自我诊断，并根据问题的严重程度(即永久/临时)，可以转换为三种模式之一，包括完全关闭。该特性可防止故障节点不断发出故障信号，导致通信中断。以太网的最大好处是，借助世界另一端的Internet，本地pc和工作站可以轻松访问网络处理器中的TCP/IP协议栈。如果有足够的处理能力、软件和随机访问内存，网络处理器实际上可以运行Web服务器。此外，更长的段长度和更高的带宽允许物理上更大的网络具有更大的信息承载能力和低成本网卡的可用性。Microsoft Windows的TCP/IP套接字使接口软件的开发更简单、更快、成本更低。

以太网的CSMA/CD仲裁方案不包括非破坏性优先级仲裁，并且不能保证消息延迟或确定性行为。然而，在许多网络情况下，实时响应并不重要，存在许多提高以太网性能的方法，例如，使用智能交换机仅转发那些用于连接到交换机的节点的帧。这些性能改进能力，加上使用更高的传输速率，将减少带宽利用率和碰撞的机会。在电磁干扰方面，标准以太网没有足够的抗扰度，无法在工厂车间的高能设备(如焊工)附近使用，而且它的连接器被认为不够坚固，无法用于办公空间。然而，成本不断降低的光纤电缆提供了一个很好的解决方案，RJ-45连接器增强了强度和耐用性。

权衡选择

现在，回到最初的问题:

这两种总线会继续被广泛采用吗?如果是的话，它们将如何共存?采用以太网作为现场总线的最初障碍之一是成本。然而，在过去几年中，以太网控制器与CPU、NVM、RAM和外设的集成极大地降低了系统成本。

今天，由于不同的处理要求，以太网物理接口通常不集成，但随着销售的增加，这些物理接口的价格也显著下降。成本障碍的降低，以及BACnet和以太网/IP等协议的可用性，将导致支持以太网的网络处理器市场的增加。

CAN也将继续取得成功，有几个原因:它只需要以太网三分之一的硅空间;它需要更小的CPU;而且它的物理接口设备更便宜。

许多对成本敏感的设备，如阀门，根本不需要额外的带宽或互联网连接。此外，CAN在实时处理和抗噪声方面仍然具有相当大的优势。

公共汽车如何共存?毫无疑问，许多网络将继续使用CAN或以太网，但不会同时使用两者。如果一个总线满足了网络的所有要求，就没有改变的动机。然而，更令人兴奋的是混合网络的发展，它将以太网的连接性和带宽与CAN的低成本和确定性行为结合起来。

这两种总线将如何影响网络处理器的设计?具有8/16位cpu的小型和廉价CAN控制器将继续成为简单的网络设备，特别是商品的选择。然而，更高度集成的网络处理器与以太网控制器可以添加一个can接口，很少额外的成本。这使得设备可以与以太网、CAN一起工作，或者作为两个总线之间的桥梁。摩托罗拉的MCF5282就是这样一种设备(见图)。

作者信息

Colin MacDonald是摩托罗拉32位嵌入式控制器部门的设计工程师，位于德克萨斯州奥斯汀。

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