1. 课程导论：网关设备在工业物联网中的角色、CAN总线与设备树的关系、本课程的学习目标与前置知识

1.1 网关设备在工业物联网中的核心角色

在工业物联网（IIoT）架构中，网关设备处于感知层与网络层之间的关键枢纽位置。它负责将底层现场总线网络（如 CAN、Modbus、PROFIBUS）的数据协议转换为上层以太网/IP 网络可识别的协议（如 TCP/IP、MQTT、OPC UA）。

网关设备承担以下三大核心职能：

• 协议转换与数据桥接：将 CAN 总线上的原始帧数据解析并封装为应用层协议报文，实现异构网络间的无缝通信。
• 边缘计算与预处理：在靠近数据源的位置执行滤波、聚合、阈值判断等轻量级计算，降低云端负载与网络延迟。
• 设备管理与安全隔离：提供远程固件升级、状态监控、访问控制，并在 OT 网络与 IT 网络之间建立安全边界。

1.2 CAN总线与设备树的关系

CAN（Controller Area Network）总线是工业现场最成熟的多主控串行通信协议之一。在嵌入式 Linux 系统中，CAN 驱动通常以内核模块形式存在，而设备树（Device Tree）是描述硬件拓扑与资源配置的标准机制。

设备树与 CAN 驱动的关系可归纳为以下三个层面：

1.3 本课程的学习目标

完成本课程后，学员应具备以下能力：

1. 独立编写 CAN 控制器设备树节点，包括寄存器映射、中断配置、时钟与引脚复用。
2. 理解 CAN 驱动核心框架，包括网络设备注册、中断处理、CAN 帧收发流程。
3. 掌握设备树与驱动的调试方法，能够通过 /sys/firmware/devicetree 和内核日志定位问题。
4. 完成一个真实网关项目的 CAN 驱动集成，从设备树编写到驱动加载验证的全流程。

1.4 课程内容概览

本课程共分为 30 章，按以下阶段组织：

1.5 开发环境与工具链

本课程所有实验基于以下标准环境，建议学员提前准备：

• 硬件平台：ARM Cortex-A7/A53 开发板（如 STM32MP157、i.MX6ULL），板载至少 1 路 CAN 控制器。
• 内核版本：Linux 5.10 LTS 或更新版本，确保 CAN 子系统（SocketCAN）完整可用。
• 工具链：arm-linux-gnueabihf-gcc 交叉编译器，dtc（设备树编译器），can-utils 测试套件。
• 调试工具：逻辑分析仪或 CAN 分析仪（用于验证物理层信号），串口终端与 NFS 网络文件系统。