光纖CAN總線通信技術研究
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如圖 2 和圖 3 所示，1＃節(jié)點 CAN 總線控制器的數據發(fā)送端 TX0 將報文標識符逐位發(fā)送給反向器，“顯性”為“0”，“隱性”為“1”；經過反向器后，“顯性”為“1”，“隱性”為“0”；FC 型光模塊的 TD 端接收“1”時，LED 發(fā)送波長為 1310nm 的光波，接收“0”時，不發(fā)光，因此，經過光模塊后，光纖中有光表示“顯性”，無光表示“隱性”。
光波通過光纖到達光纖 CAN 總線集線器，經過SC 型光纖連接器進入 SC 型光模塊，經過光/電轉換后，以電信號形式從 SC 型光模塊的 RD 端輸出，此時，信號“顯性”為“1”，“隱性”為“0”；此信號通過 CPLD 的 1＃光口的 RX(1)進入 CPLD，各節(jié)點發(fā)送的信號 RX(1)～RX(n)按照下列公式進行邏輯運算：
TX(1),TX(2)...TX(n)=RX(1)RX(2)...RX(n-1)RX(n)
其含義是將輸入到 CPLD 中的 n 個輸入信號RX(1),RX(2)…RX(n-1),RX(n)全部相“與”后，再送回 n 個輸出 TX(1),TX(2)…TX(n-1),TX(n),從而，采用 CPLD 邏輯“與”實現了雙絞線的“線與”功能。
“相與”后的信號通過 CPLD 的 TX(1)端發(fā)送給 SC 型光模塊的 TD 端，SC 型光模塊的 TD 端接收“1”時，LED 發(fā)送波長為 1550nm 的光波，接收“0”時，不發(fā)光，此時，光纖中有光表示“顯性”，無光表示“隱性”。
光波通過光纖到達 1＃節(jié)點，經過 FC 型光纖連接器返回 FC 型光模塊，經過光/電轉換后，以電信號形式從 FC 型光模塊的 RD 端輸出，此時，信號“顯性”為“1”，“隱性”為“0”；此信號通過反向器反向后，信號特性變?yōu)椤帮@性”為“0”，“隱性”為“1”，此信號送入 SJA1000 的 RX0 端被控制器采集，并進行仲裁。
仲裁原理：如果 1＃節(jié)點的 CAN 總線控制器TX0端發(fā)送出去的狀態(tài)位值與此時RX0端收到的位值不一致，則該節(jié)點退出競爭；反之，如果一致，則該節(jié)點繼續(xù)發(fā)送下一位參與競爭，直至最后勝出，取得總線控制權。
系統(tǒng)建模與測試
基于上述方案，我們建立了兩套系統(tǒng)模型，兩套系統(tǒng)模型都是基于光纖 CAN 總線集線器的網絡模型，只是節(jié)點機不同，一個系統(tǒng)的節(jié)點機為單片機節(jié)點機，另一個是對現有工控機的 CAN 總線板卡進行光纖化改進，在已有雙絞線系統(tǒng)中直接替換物理層。系統(tǒng)規(guī)模為 8 個節(jié)點機，光纖長度為 10m。
在此模型上，進行了收/發(fā)一體化光模塊的轉換延時、總線通信速率和報文丟失率(近似誤碼率)等方面的簡單測試，測試情況見表 2。 結論
通過上述研究和測試，可以得出以下幾個方面的結論：
1) 本技術方案符合 CAN 總線標準對物理層信號傳輸特性的要求，能夠在不改變頂層協議的前提下，實現 CAN 總線特有的多主非破壞逐位競爭機制；
2) 星型網絡拓撲結構相對于光纖環(huán)網構型，本研究光/電和電/光轉換環(huán)節(jié)少，在同樣光纖長度條件下，本技術方案可實現較高的通信速率；
3) 采用集線器組網方式，只需增加集線器的端口數，就可以擴展 CAN 總線網絡的規(guī)模，且無總線負載匹配問題，故不會影響網絡可達到的最高通信速率；
4) 采用基于波分復用雙向信息傳輸技術的收/發(fā)一體化光模塊單光纖連接方式，簡化了系統(tǒng)的構型，減少了配置，便于組成更為復雜的系統(tǒng)網絡；
5) 光纖 CAN 總線網絡具有免電磁干擾能力，極大地提高了 CAN 總線網絡在惡劣電磁環(huán)境中的生存力、安全性和可靠性；消除了雙絞線網絡信號衰減和收發(fā)器負載能力差的固有缺陷，便于擴大網絡規(guī)模(節(jié)點數量)和提高通信速率。
參考文獻
[1] 《現場總線 CAN 原理與應用技術》饒運濤等著(end)
數字通信相關文章:數字通信原理
雙絞線傳輸器相關文章:雙絞線傳輸器原理
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