目錄

系統概述

RT-Thread使用情況

硬件框架

軟件架構

軟件模塊詳解

功能展示

鏈接地址

1 系統概述

本系統是一個基于GD32F527I_EVAL和RT-Thread實時操作系統開發的工業級網絡-CAN總線透傳網關。該系統實現了TCP/UDP網絡協議與CAN總線之間的雙向透明數據傳輸,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,適用于工業自動化、車聯網、智能設備等需要網絡與CAN總線互聯的應用場景。

1.1 核心功能特性

雙向透明傳輸:網絡數據與CAN總線數據的無縫雙向轉發

多協議支持:TCP Server/Client、UDP通信模式

靈活CAN配置:支持標準幀/擴展幀、可變波特率(5Kbps~1Mbps)

智能ID管理:固定ID、自增ID、數據提取ID三種模式

Web配置界面:現代化響應式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

固件OTA升級:支持通過Web界面上傳固件并安全升級

系統監控:實時顯示網絡狀態、CAN狀態、傳輸統計

2 RT-Thread使用情況

2.1 操作系統版本與組件

系統基于RT-Thread master版本構建,充分利用了其豐富的組件生態:

已啟用的核心組件:

內核:多線程調度、信號量、互斥鎖、消息隊列

文件系統:DFS + ELM-FAT,用于SD卡配置存儲

網絡協議棧: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文件的內容。

設備驅動框架:CAN驅動、SDIO驅動、EMAC以太網驅動

Shell組件:MSH (Module Shell),用于命令行調試

FAL:Flash抽象層(可選),用于固件分區管理

2.2 線程資源使用

系統采用多線程并發架構,主要線程包括:

2.3 IPC應用

消息隊列: 用于網絡與CAN數據的異步傳遞(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(upgrade_mutex)

2.4 內存管理

采用動態內存分配策略:

消息緩沖區:動態分配最大2048字節數據緩沖

Web緩沖區:請求4KB,響應34KB(擴展緩沖區)

網絡緩沖區:各服務獨立分配1KB緩沖

3 硬件框架

微控制器:GigaDevice GD32F527IST7

內核:ARM Cortex-M33 @ 200MHz

Flash:7680KB

SRAM:512KB

外設:本次使用CAN、10/100M以太網MAC、SDIO等

4 軟件架構

4.1 系統分層架構

ApplicationLayer(應用層)

┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐

│Web Server│ │ Bridge │ │ Network │

│ 管理 │ │ 透傳 │ │ 服務 │

└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘

ServiceLayer(服務層)

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

│Config Save│ │ Firmware │ │ System │

│ 配置管理 │ │ 固件升級 │ │ 系統管理 │

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

RT-ThreadComponents(組件層)

┌────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌────┐ ┌────┐

│LwIP│ │ DFS │ │ MSH │ │CAN │ │SDIO│

└────┘ └─────┘ └─────┘ └────┘ └────┘

RT-ThreadKernel(內核層) 線程調度 | IPC通信 | 內存管理 | 定時器 HardwareDrivers(驅動層) EMAC | CAN | SDIO | USART | GPIO | SPI

關鍵設計點:

異步解耦:接收線程與轉發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

動態內存:消息體動態分配,避免大棧空間占用

CAN重組:CAN幀自動重組為完整網絡數據包

5 軟件模塊詳解

5.1 Bridge透傳引擎 (user_bridge.c/h)

核心功能:

網絡與CAN雙向數據轉發，支持網絡協議自定義。

CAN幀分段/重組(8字節限制)

CAN ID智能管理(固定/自增/提取)

統計信息:

網絡→CAN: 數據包數、字節數

CAN→網絡: 數據包數、字節數

錯誤計數、丟包計數、內存分配失敗計數

5.2 Web配置服務器 (user_web_*.c/h)

架構特點:

單線程服務器:串行處理請求(簡化設計)

頁面生成:服務器端動態生成完整HTML

響應式設計:現代化CSS,支持桌面/移動端

頁面模塊:

user_web_network.c: 網絡IP配置(DHCP/靜態IP)

user_web_can.c: CAN總線參數配置

user_web_bridge.c: 透傳橋接配置

user_web_server.c: 主服務器 + 系統頁面 + 固件頁面

擴展響應緩沖區以容納完整的多頁面HTML(~34KB)。

UI設計亮點:

漸變色側邊欄導航

卡片式內容布局

開關按鈕、進度條、徽章等現代組件

懸停動畫、狀態指示點

表單驗證與提示信息

5.3 配置管理

存儲方案:

介質:MicroSD卡,16GB，由于外部擴展FLash的SPI與網絡接口沖突，所以使用SDIO存儲配置，后續可擴展存儲數據日志和操作日志，方便進一步分析

路徑:/gd32_net.cfg (使用虛擬文件系統掛載)

格式:二進制結構體 + CRC32校驗

健壯性措施:

寫入臨時文件→重命名→刪除舊備份

讀取失敗自動創建默認配置

CRC32完整性校驗

設備健康檢查(幾何信息、扇區讀取測試)

5.4 固件升級 (user_firmware.c/h)待驗證

5.5 網絡應用服務 (user_net_app.c)

可單獨測試四種網絡模式:

控制命令:

tcp_server start/stop

udp_server start/stop

tcp_client start/stop

udp_client start/stop

net_status: 查看所有服務狀態

5.6 系統管理 (user_system.c/h)

提供功能:

系統信息查詢(內存、運行時間、版本)

設備重啟(reboot [delay])

恢復出廠設置(factory_reset)

配置導出為JSON格式

6 功能展示

1.1 實現功能

1.設備網絡配置界面

2.CAN配置界面

注意：透傳需要啟動CAN（當前參數默認啟動）

3.透傳橋接界面

4.設備信息界面

可以查看當前固件版本，并在配置后利用按鈕進行軟件重啟設備，以實現配置生效。

5.固件升級

固件升級界面暫未驗證，可進一步拓展。

6.2 數據傳輸功能展示

1.設備內部默認為TCP_server,當前IP地址為192.168.1.50，CAN一側波特率設置為1Mbps,標準幀。

實現了雙向數據發送。

6.3 接口連接

連接了網口和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