光纤CAN总线集线器及其组网研究

点)在任何时刻都必须能监听到总线上的位信号。

3 光纤CAN总线集线器结构及其工作原理

采用光纤介质构成CAN总线网络时，保留图1所示节点中的CAN控制器，将双绞线CAN的物理层(包括光隔、CAN收发器和双绞线)用光收发模块、光纤和能够实现位信号“线与”的部件替换。新构成的物理层仍然需要满足上述CAN总线信号传输的3个特点。

图2是本文提出的一种基于光纤CAN总线集线器的组网结构图。集线器具有n个光口和1个电扩展口。每个光口都有1对光电转换模块PIN和电光转换模块 LED，并通过l对光纤分别与光节点中的LED模块和PIN模块相连。光节点中只有CAN总线控制器(其他与CAN无关部分未画出)，其输入脚RX接 PIN的输出端，其输出脚TX接LED的输入端。集线器也可通过电口扩展电路与1个2对双绞线构成的CAN总线子网相连。

集线器的原理框图(虚线框内)如图3所示，由一片复杂可编程器件CPLD、n个光电转换模块PIN、n个电光转换模块LED和电扩展口电路构成。n个 PIN的输出接CPLD的输入脚RX(1)?RX(n);CPLD的输出脚TX(1)?TX(n)接各个LED的输入端。

电口扩展电路由CAN收发器1、CAN收发器2、光隔1和光隔2构成，并通过2对双绞线与外部相连。收发器1只工作在接收状态(TXl接“隐性”电平)，从双绞线1#(CANH1，CANL1)接收到的信号经过收发器l和光隔1后达到CPLD的RX(n+1)脚;收发器2只工作在发送状态(RX2悬空)，从CPLD的TX(n+1)脚发出的信号经过光隔2和收发器2后到达双绞线2#(CANH2，CANL2)。

在CPLD的引脚TX(1)-TX(n+1)和RX(1)-RX(n+1)处，仍然定义“隐性”位和“显性”位分别对应高电平和低电平。结合LED和 PIN模块的驱动特点，并经过适当地信号反相，可设计光纤中有光信号传输时对应“显性”位;无光信号传输时对应“隐性”位。如此设计实现了上述CAN信号传输的第1个特点。

集线器中CPLD主要实现上述CAN信号传输的第2、3两个特点。其逻辑按下列n+1个ABEL语言方程组设计实现。

TX(i)=RX(1)RX(2)...RX(n)Rx(n+1)(1)

式中：i=1～(n+1)。程式组(1)的含义是各个节点送入CPLD中的n+1个信号RX(1)，RX(2)，...，RX(/9,)，RX(n+1) 全部相“与”后，再从n+1个输出脚TX(1)，TX(2)，...，TX(n)，TX(n+1)送回各个节点。即采用CPLD的逻辑“与”实现了双绞线的“线与”功能;将逻辑“与”后的信号送回保证了总线上各节点可在任何时刻监听到总线上的数据位信号。

这样设计的光纤CAN总线的物理层也具有前面总结的CAN总线信号传输的3个特点，故可以保证在其物理层之上与CAN总线原有的标准完令兼容。

还需说明的是当集线器的第i个光口悬空未用或光缆意外故障断开时，对应的PIN无光信号输入(传输的是“隐性”位)，CPLD的输入脚RX(i)=“1”，也为“隐性”电平，故不会影响方程式组(1)的“与”效果，不会阻塞影响其他节点的正常通信。