光纖CAN總線自愈環網的研究

 摘要：介紹了光纖單CAN網絡的工作特點及其不足。為提高光纖CAN網絡的生存性，設計了光纖CAN總線自愈環網。采用塑料地（POF）為傳輸介質，用波長為650nm的紅光光電收發器件實現光/電轉換。分析了CAN網絡數據幀的結構特點，給出了基于CPLD的自愈接口電路的實現方法。通過組建車載光纖CAN總線自愈環網，證明該網絡不但具有自愈功能，還能消除光纖CAN環形網絡中的阻塞現象。

    關鍵詞：CAN 自愈環 CPLD 接口電路 塑料光纖

CAN總線是德國Bosch公司于20世紀80年代初為解決汽車中眾多數據交換而開發的一種串行數據通信協議。由于其具有卓越的特性，CAN總線成為目前公認的幾種最有前途的現場總線之一。CAN總線的傳輸介質可以是雙絞線、光纖和同軸電纜。目前雙絞線CAN總線已得到了廣泛應用，各項技術已經成熟。雙絞線CAN網絡在技術在容易實現、造價低廉，且對環境電磁輻射有一定抑制能力。但是當工作環境特別復雜時，其抗干擾能力并不十分令人滿意。如在電動汽車現場，情況較為復雜，車載電氣系統會產生強電磁干擾，將導致雙絞線CAN網絡不能正常工作。與雙絞線和同軸電纜相比，光纖的優越性能--強大的抗EMI能力引起人們的關注。為進一步提高CAN網絡的性能，應采用光纖作傳輸介質。由于車載局域網傳送距離短，同時為了降低車載光纖CAN網絡的成本，可選用塑料光纖(POF)作為傳輸介質。塑料光纖在高速短距離通信傳輸中成本低、易連接、可繞性好、重量輕，故組網成本低。德國寶馬公司在2002年3月上市的最高級新款轎車"BMW7系列''中采用于50m POF構筑車內局域網。

光纖CAN網作為一種工業底層控制局域網，其拓撲結構與常用局域網一樣，基本拓撲結構有總線形、環形和暈形。在光纖單環CAN網絡中，由于器件的延時將導致環路信號自激，使環形CAN網絡堵塞(或稱為鎖死)。為遵守CAN總線控制器在鏈路層的協議，應設計一種光纖CAN單環網專用邏輯控制單元LCU。該單元的功能是：對CAN總線數據實現收發控制，即主節點對接收到的數據不轉發，當數據沿光纖環回到原發送節點時，立即被剔除；從節點對接收數據實現轉發。同時還可消除環形光纖CAN總線網絡的自激現象，保證環網不被堵塞。

Q光纖單環網絡中，節點或鏈路的故障可能造成網絡的癱瘓。為了提高光纖環網的生存性，應構成具有自愈功能的光纖雙環自愈網。

圖1

1 光纖自愈環CAN網總體設計

1．1 光纖自愈環結構

光纖自愈環CAN網絡如圖1所示。該網絡有兩條光纖環路--順時針環和逆時針環，各節點CAN控制器SJAl000通過接口電路與雙環光纖網相連，接口電路由Altera公司出產的復雜可編程邏輯器件(CPLD)EPM7128S、兩個光發送器LEDR和LEDL、兩個光接收器PINR和PINL組成。

1．2 接口電路的功能

光纖自愈環CAN網接口電路的功能是：(1)當光纖雙環通信正常時(如圖2(a)所示)，各節點右端光發送器 LEDR傳送左端光接收器PINL的數據，信號順時針傳送；同理LEDL傳送PINR的數據，信號逆時針傳送，即發送器選擇對側數據轉發。(2)當單根光纖故障

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