光纖CAN總線通信技術研究
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3.2. 光纖物理層定義
本研究在 CAN 總線網絡的物理層保留了 CAN控制器，重新設計網絡物理層,以收/發(fā)一體化的光模塊替代 CAN 收發(fā)器，以波分復用的單光纖替代金屬雙絞屏蔽線，收/發(fā)采用不同波長的光波進行信息傳輸，并保證網絡物理層之上完全符合 CAN 總線標準的定義。
3.3. “顯性”和“隱性”位定義
本研究中“顯性”和“隱性”位定義為：光纖中有光信號傳輸時表示“顯性”位，無光時表示“隱性”位。
在 CAN 控制器（如：SJA1000）的發(fā)送端 TX0和接收端 RX0 處，仍然保持現有的定義不變：邏輯“0”定義為“顯性”電平；邏輯“1”定義為“隱性”電平。
3.4. 非破壞總線仲裁機制設計
CAN 總線網絡的非破壞總線仲裁機制之所以能夠實現的一個重要特性就是收發(fā)器硬件的“線與”功能。本研究采用復雜可編程邏輯器件 CPLD 的“邏輯與”來實現。只要確保 CAN 總線控制器 TX0 和RX0 端的信號特征不變，非破壞逐位競爭的總線仲裁機制就可以實現，并且 CAN 總線網絡的數據鏈路層以上均保持不變。
3.5. 收發(fā)器容錯機制設計
在雙絞線 CAN 總線中，CAN 收發(fā)器具有故障節(jié)點自動關閉功能。即當 CAN 控制器硬件故障，長期發(fā)送“顯性”位時，CAN 收發(fā)器自動關閉本節(jié)點。在光纖 CAN 總線網絡中，該功能由集線器 CPLD 中的邏輯來實現。
3.6. 光路設計要素
3.6.1. 收/發(fā)一體化光模塊
CAN 總線通訊時，總線上傳輸的是直流信號，因此，必須采用能夠傳輸直流的光模塊。目前能傳輸基帶信號的收發(fā)一體模塊的最高帶寬為 10MHz，本研究選 2MHz。該模塊通過 TTL 電平與 CAN 控制器接口，并采用波分復用(WDM)技術將收/發(fā)光波耦合到一根光纖中，從而實現單纖雙向通信。
本研究特別定制了以下兩種：
FC型光模塊(FC型連接器)：發(fā)送波長=1310nm；接收波長=1550nm；
SC型光模塊(SC型連接器)：發(fā)送波長=1550nm；接收波長=1310nm。
3.6.2. 光纖和通信窗口
由于本研究應用環(huán)境的 CAN 總線長度只有幾十米，總線速率不超過 1Mbps，故選用對光源技術要求較低、衰減較小(功耗低)和芯徑較粗（可靠性較高）的玻璃多模光纖。
多模玻璃光纖主要有850nm、1310nm和1550nm三個通信窗口。兩個節(jié)點間選用某個波長作為發(fā)射窗口、另一個波長作為窗口則可實現單根光纖上的雙向通信。本研究中采用 1550nm 和 1310nm 兩個窗口實現雙向通信。
技術方案
4.1. 光纖接口物理層設計
典型的光路組成如圖 2 所示。
圖 2 光纖接口連接框圖
FC型和SC型收發(fā)一體化光模塊的收/發(fā)光波波長對應互置，共享一根光纖，互不干擾。如：FC 型光模塊的發(fā)送波長為 1310nm，則 SC 型光模塊的接收波長就是 1310nm。
4.2. 系統(tǒng)的組成
如圖 3 所示，本研究采用以光纖 CAN 總線集線器為中心的星型網絡構型，集線器通過單光纖與 N個節(jié)點連接。在節(jié)點中保留 CAN 總線控制器，舍棄了雙絞線網絡中的收發(fā)器和雙絞線，代之以收/發(fā)一體化光模塊和單根光纖進行信號的轉換和傳輸，詳見圖 2?？偩€集線器是實現 CAN 總線網絡“線與”功能的關鍵設備，集線器以 CPLD 為核心，各節(jié)點發(fā)送的信號 RX(1)～RX(n)相與后，通過 TX(1)～TX(n) 同時回傳給各節(jié)點，從而實現光纖 CAN 總線網絡“線與”功能。
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