基于PIC單片機的CAN總線(xiàn)擴展技術(shù)

0 引 言
CAN總線(xiàn)是一種串行多主站局域網(wǎng)總線(xiàn)，被廣泛應用于汽車(chē)控制系統、自動(dòng)控制、樓宇自動(dòng)化、醫學(xué)設備等各個(gè)領(lǐng)域。其傳輸距離遠，最遠可達10 km，傳輸速率高，最高可達1 Mb／s，容錯性能好，可靠性能高。但是由于CAN驅動(dòng)器的驅動(dòng)能力有限，CAN總線(xiàn)能夠驅動(dòng)的節點(diǎn)數有限，一般在100個(gè)左右，同時(shí)會(huì )隨著(zhù)傳輸距離的增加，最高傳輸速率會(huì )下降，如果距離過(guò)長(cháng)會(huì )引起信號丟失、反射等故障。在實(shí)驗室條件下測得在5 Kb／s的通信速率下最遠通信距離能達到10 km；在18 Kb／s的通信速率下最遠通信距離只能達到2 km；而在42 b／s的通信速率下，最遠通信距離只能達到1 km。測試條件：線(xiàn)纜采用線(xiàn)徑為0．75 mm2的屏蔽雙絞線(xiàn)，線(xiàn)纜為盤(pán)裝，室內測試。在實(shí)驗中，發(fā)現隨著(zhù)隨著(zhù)通信距離的增加，通信速率迅速下降，而CAN總線(xiàn)的驅動(dòng)節點(diǎn)數量也次第下降。而在通信距離遠，通信節點(diǎn)多的大空間場(chǎng)所，比如礦井、電力監控等系統需要CAN總線(xiàn)來(lái)傳輸數據和監控信息的場(chǎng)所，CAN總線(xiàn)不能滿(mǎn)足要求。
如果要實(shí)現通信距離遠、通信速率高、總線(xiàn)節點(diǎn)數量多CAN總線(xiàn)系統，實(shí)現CAN總線(xiàn)的擴展，就需要一個(gè)CAN網(wǎng)關(guān)進(jìn)行橋接，把CAN總線(xiàn)劃分為幾個(gè)子網(wǎng)，增加CAN總線(xiàn)通信節點(diǎn)，延長(cháng)CAN總線(xiàn)的傳輸距離，提高CAN總線(xiàn)的傳輸速率。在研究基于PIC單片機的CAN網(wǎng)關(guān)設計和擴展的CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。

1 CAN網(wǎng)關(guān)總體設計及總線(xiàn)拓撲結構
1．1 CAN網(wǎng)關(guān)總體設計
CAN網(wǎng)關(guān)作為一種轉發(fā)設備，連接在兩個(gè)不同的CAN網(wǎng)絡(luò )中，能夠實(shí)時(shí)接收來(lái)自?xún)蓚€(gè)子網(wǎng)中的信息，根據需要篩選或者無(wú)條件地把接收到的信息轉發(fā)到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中。CAN總線(xiàn)層次結構分為物理層、數據鏈路層和應用層，工作于ISO／OSI參考模式下。CAN網(wǎng)關(guān)在物理層和數據鏈路層完成兩個(gè)CAN網(wǎng)的連接。CAN網(wǎng)關(guān)結構圖如圖1所示。

CAN網(wǎng)關(guān)可以作為透明網(wǎng)關(guān)和源路由網(wǎng)關(guān)。透明網(wǎng)關(guān)完全按照接收到的幀格式轉發(fā)，不改變幀結構，對于用戶(hù)，網(wǎng)關(guān)相當于透明的。而源路由網(wǎng)關(guān)由用戶(hù)提供路由信息，網(wǎng)關(guān)按照路由信息對消息進(jìn)行過(guò)濾和有選擇性的轉發(fā)。

1．2 CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構
帶有網(wǎng)關(guān)的CAN網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖2所示。在這個(gè)網(wǎng)路中，PC機為主節點(diǎn)，而CAN節點(diǎn)作為從節點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò )的頂層，由PC機和網(wǎng)關(guān)構成一個(gè)主網(wǎng)，在這個(gè)主網(wǎng)中PC機和CAN網(wǎng)關(guān)作為CAN節點(diǎn)，總線(xiàn)驅動(dòng)器驅動(dòng)能力可以帶100個(gè)cAN節點(diǎn)左右。主網(wǎng)中的CAN網(wǎng)關(guān)再作為下一個(gè)子網(wǎng)中的主節點(diǎn)，而其他CAN網(wǎng)關(guān)或是CAN節點(diǎn)作為從節點(diǎn)，構成一個(gè)子網(wǎng)。這樣通過(guò)CAN網(wǎng)關(guān)可以逐環(huán)把網(wǎng)絡(luò )擴展下去，直到最底層的CAN節點(diǎn)。而在應用層上，用戶(hù)可以把網(wǎng)關(guān)配置成透明網(wǎng)關(guān)或是源路由網(wǎng)光。透明網(wǎng)關(guān)不影響網(wǎng)絡(luò )結構，CAN拓展網(wǎng)絡(luò )形成一個(gè)多節點(diǎn)，遠距離的網(wǎng)絡(luò )。源路由網(wǎng)關(guān)對消息具有過(guò)濾性，根據用戶(hù)的配置信息把CAN網(wǎng)絡(luò )在應用層上劃分為幾個(gè)小網(wǎng)。

這樣，解決了節點(diǎn)容量、通信距離、通信速率的問(wèn)題。