光纖CAN總線通信技術(shù)研究
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3.2. 光纖物理層定義
本研究在 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)的物理層保留了 CAN控制器，重新設(shè)計網(wǎng)絡(luò)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(fù)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(jìn)行信息傳輸，并保證網(wǎng)絡(luò)物理層之上完全符合 CAN 總線標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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(jī)制設(shè)計
CAN 總線網(wǎng)絡(luò)的非破壞總線仲裁機(jī)制之所以能夠?qū)崿F(xiàn)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(fù)雜可編程邏輯器件 CPLD 的“邏輯與”來實現(xiàn)。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(jī)制就可以實現(xiàn)，并且 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層以上均保持不變。
3.5. 收發(fā)器容錯機(jī)制設(shè)計
在雙絞線 CAN 總線中，CAN 收發(fā)器具有故障節(jié)點自動關(guān)閉功能。即當(dāng) 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(guān)閉本節(jié)點。在光纖 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)中，該功能由集線器 CPLD 中的邏輯來實現(xiàn)。
3.6. 光路設(shè)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?shù)氖侵绷餍盘枺虼耍仨毑捎媚軌騻鬏斨绷鞯墓饽K。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(fù)用(WDM)技術(shù)將收/發(fā)光波耦合到一根光纖中，從而實現(xiàn)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(yīng)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)雙向通信。
技術(shù)方案
4.1. 光纖接口物理層設(shè)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)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(jìn)行信號的轉(zhuǎn)換和傳輸，詳見圖 2。總線集線器是實現(xiàn) CAN 總線網(wǎng)絡(luò)“線與”功能的關(guān)鍵設(shè)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(xiàn)光纖 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)“線與”功能。
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