目錄

系統(tǒng)概述

RT-Thread使用情況

硬件框架

軟件架構(gòu)

軟件模塊詳解

功能展示

鏈接地址

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)是一個基于GD32F527I_EVAL和RT-Thread實時操作系統(tǒng)開發(fā)的工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)-CAN總線透傳網(wǎng)關(guān)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了TCP/UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與CAN總線之間的雙向透明數(shù)據(jù)傳輸,支持Web配置管理、固件在線升級（暫未驗證）、SD卡配置存儲等功能,適用于工業(yè)自動化、車聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備等需要網(wǎng)絡(luò)與CAN總線互聯(lián)的應(yīng)用場景。

1.1 核心功能特性

雙向透明傳輸:網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與CAN總線數(shù)據(jù)的無縫雙向轉(zhuǎn)發(fā)

多協(xié)議支持:TCP Server/Client、UDP通信模式

靈活CAN配置:支持標(biāo)準(zhǔn)幀/擴展幀、可變波特率(5Kbps~1Mbps)

智能ID管理:固定ID、自增ID、數(shù)據(jù)提取ID三種模式

Web配置界面:現(xiàn)代化響應(yīng)式Web UI,支持實時配置修改

配置持久化:基于SD卡的配置文件存儲系統(tǒng)

固件OTA升級:支持通過Web界面上傳固件并安全升級

系統(tǒng)監(jiān)控:實時顯示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、CAN狀態(tài)、傳輸統(tǒng)計

2 RT-Thread使用情況

2.1 操作系統(tǒng)版本與組件

系統(tǒng)基于RT-Thread master版本構(gòu)建,充分利用了其豐富的組件生態(tài):

已啟用的核心組件:

內(nèi)核:多線程調(diào)度、信號量、互斥鎖、消息隊列

文件系統(tǒng):DFS + ELM-FAT,用于SD卡配置存儲

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧:LwIP 2.03,支持TCP/UDP、DHCP、DNS。RT-Thread最新版可能會與LWIP2.03中cc.h文件的變量類型定義沖突，修cc.h文件的內(nèi)容。

設(shè)備驅(qū)動框架:CAN驅(qū)動、SDIO驅(qū)動、EMAC以太網(wǎng)驅(qū)動

Shell組件:MSH (Module Shell),用于命令行調(diào)試

FAL:Flash抽象層(可選),用于固件分區(qū)管理

2.2 線程資源使用

系統(tǒng)采用多線程并發(fā)架構(gòu),主要線程包括:

2.3 IPC應(yīng)用

消息隊列: 用于網(wǎng)絡(luò)與CAN數(shù)據(jù)的異步傳遞(net_to_can_queue, can_to_net_queue)

信號量: 用于消息隊列的同步通知(net_to_can_sem, can_to_net_sem)

互斥鎖: 保護配置文件訪問(config_lock)、固件升級狀態(tài)(upgrade_mutex)

2.4 內(nèi)存管理

采用動態(tài)內(nèi)存分配策略:

消息緩沖區(qū):動態(tài)分配最大2048字節(jié)數(shù)據(jù)緩沖

Web緩沖區(qū):請求4KB,響應(yīng)34KB(擴展緩沖區(qū))

網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū):各服務(wù)獨立分配1KB緩沖

3 硬件框架

微控制器:GigaDevice GD32F527IST7

內(nèi)核:ARM Cortex-M33 @ 200MHz

Flash:7680KB

SRAM:512KB

外設(shè):本次使用CAN、10/100M以太網(wǎng)MAC、SDIO等

4 軟件架構(gòu)

4.1 系統(tǒng)分層架構(gòu)

ApplicationLayer(應(yīng)用層)

┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐

│Web Server│ │ Bridge │ │ Network │

│ 管理 │ │ 透傳 │ │ 服務(wù) │

└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘

ServiceLayer(服務(wù)層)

┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐

│Config Save│ │ Firmware │ │ System │

│ 配置管理 │ │ 固件升級 │ │ 系統(tǒng)管理 │

└──────────┘ └──────────┘ └──────────┘

RT-ThreadComponents(組件層)

┌────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌────┐ ┌────┐

│LwIP│ │ DFS │ │ MSH │ │CAN │ │SDIO│

└────┘ └─────┘ └─────┘ └────┘ └────┘

RT-ThreadKernel(內(nèi)核層) 線程調(diào)度 | IPC通信 | 內(nèi)存管理 | 定時器 HardwareDrivers(驅(qū)動層) EMAC | CAN | SDIO | USART | GPIO | SPI

關(guān)鍵設(shè)計點:

異步解耦:接收線程與轉(zhuǎn)發(fā)線程通過消息隊列解耦

雙向流控:使用信號量控制隊列消費速率

動態(tài)內(nèi)存:消息體動態(tài)分配,避免大棧空間占用

CAN重組:CAN幀自動重組為完整網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包

5 軟件模塊詳解

5.1 Bridge透傳引擎 (user_bridge.c/h)

核心功能:

網(wǎng)絡(luò)與CAN雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自定義。

CAN幀分段/重組(8字節(jié)限制)

CAN ID智能管理(固定/自增/提取)

統(tǒng)計信息:

網(wǎng)絡(luò)→CAN: 數(shù)據(jù)包數(shù)、字節(jié)數(shù)

CAN→網(wǎng)絡(luò): 數(shù)據(jù)包數(shù)、字節(jié)數(shù)

錯誤計數(shù)、丟包計數(shù)、內(nèi)存分配失敗計數(shù)

5.2 Web配置服務(wù)器 (user_web_*.c/h)

架構(gòu)特點:

單線程服務(wù)器:串行處理請求(簡化設(shè)計)

頁面生成:服務(wù)器端動態(tài)生成完整HTML

響應(yīng)式設(shè)計:現(xiàn)代化CSS,支持桌面/移動端

頁面模塊:

user_web_network.c: 網(wǎng)絡(luò)IP配置(DHCP/靜態(tài)IP)

user_web_can.c: CAN總線參數(shù)配置

user_web_bridge.c: 透傳橋接配置

user_web_server.c: 主服務(wù)器 + 系統(tǒng)頁面 + 固件頁面

擴展響應(yīng)緩沖區(qū)以容納完整的多頁面HTML(~34KB)。

UI設(shè)計亮點:

漸變色側(cè)邊欄導(dǎo)航

卡片式內(nèi)容布局

開關(guān)按鈕、進度條、徽章等現(xiàn)代組件

懸停動畫、狀態(tài)指示點

表單驗證與提示信息

5.3 配置管理

存儲方案:

介質(zhì):MicroSD卡,16GB，由于外部擴展FLash的SPI與網(wǎng)絡(luò)接口沖突，所以使用SDIO存儲配置，后續(xù)可擴展存儲數(shù)據(jù)日志和操作日志，方便進一步分析

路徑:/gd32_net.cfg (使用虛擬文件系統(tǒng)掛載)

格式:二進制結(jié)構(gòu)體 + CRC32校驗

健壯性措施:

寫入臨時文件→重命名→刪除舊備份

讀取失敗自動創(chuàng)建默認配置

CRC32完整性校驗

設(shè)備健康檢查(幾何信息、扇區(qū)讀取測試)

5.4 固件升級 (user_firmware.c/h)待驗證

5.5 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù) (user_net_app.c)

可單獨測試四種網(wǎng)絡(luò)模式:

控制命令:

tcp_server start/stop

udp_server start/stop

tcp_client start/stop

udp_client start/stop

net_status: 查看所有服務(wù)狀態(tài)

5.6 系統(tǒng)管理 (user_system.c/h)

提供功能:

系統(tǒng)信息查詢(內(nèi)存、運行時間、版本)

設(shè)備重啟(reboot [delay])

恢復(fù)出廠設(shè)置(factory_reset)

配置導(dǎo)出為JSON格式

6 功能展示

1.1 實現(xiàn)功能

1.設(shè)備網(wǎng)絡(luò)配置界面

2.CAN配置界面

注意：透傳需要啟動CAN（當(dāng)前參數(shù)默認啟動）

3.透傳橋接界面

4.設(shè)備信息界面

可以查看當(dāng)前固件版本，并在配置后利用按鈕進行軟件重啟設(shè)備，以實現(xiàn)配置生效。

5.固件升級

固件升級界面暫未驗證，可進一步拓展。

6.2 數(shù)據(jù)傳輸功能展示

1.設(shè)備內(nèi)部默認為TCP_server,當(dāng)前IP地址為192.168.1.50，CAN一側(cè)波特率設(shè)置為1Mbps,標(biāo)準(zhǔn)幀。

實現(xiàn)了雙向數(shù)據(jù)發(fā)送。

6.3 接口連接

連接了網(wǎng)口和CAN口，SD卡也插入接口中。

7 鏈接地址

代碼地址：https://gitee.com/wujunc/gd32-f527_rtthread