光纤CAN总线通信技术研究
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3.2. 光纤物理层定义
本研究在 CAN 总线网络的物理层保留了 CAN控制器，重新设计网络物理层,以收/发一体化的光模块替代 CAN 收发器，以波分复用的单光纤替代金属双绞屏蔽线，收/发采用不同波长的光波进行信息传输，并保证网络物理层之上完全符合 CAN 总线标准的定义。
3.3. “显性”和“隐性”位定义
本研究中“显性”和“隐性”位定义为：光纤中有光信号传输时表示“显性”位，无光时表示“隐性”位。
在 CAN 控制器（如：SJA1000）的发送端 TX0和接收端 RX0 处，仍然保持现有的定义不变：逻辑“0”定义为“显性”电平；逻辑“1”定义为“隐性”电平。
3.4. 非破坏总线仲裁机制设计
CAN 总线网络的非破坏总线仲裁机制之所以能够实现的一个重要特性就是收发器硬件的“线与”功能。本研究采用复杂可编程逻辑器件 CPLD 的“逻辑与”来实现。只要确保 CAN 总线控制器 TX0 和RX0 端的信号特征不变，非破坏逐位竞争的总线仲裁机制就可以实现，并且 CAN 总线网络的数据链路层以上均保持不变。
3.5. 收发器容错机制设计
在双绞线 CAN 总线中，CAN 收发器具有故障节点自动关闭功能。即当 CAN 控制器硬件故障，长期发送“显性”位时，CAN 收发器自动关闭本节点。在光纤 CAN 总线网络中，该功能由集线器 CPLD 中的逻辑来实现。
3.6. 光路设计要素
3.6.1. 收/发一体化光模块
CAN 总线通讯时，总线上传输的是直流信号，因此，必须采用能够传输直流的光模块。目前能传输基带信号的收发一体模块的最高带宽为 10MHz，本研究选 2MHz。该模块通过 TTL 电平与 CAN 控制器接口，并采用波分复用(WDM)技术将收/发光波耦合到一根光纤中，从而实现单纤双向通信。
本研究特别定制了以下两种：
FC型光模块(FC型连接器)：发送波长=1310nm；接收波长=1550nm；
SC型光模块(SC型连接器)：发送波长=1550nm；接收波长=1310nm。
3.6.2. 光纤和通信窗口
由于本研究应用环境的 CAN 总线长度只有几十米，总线速率不超过 1Mbps，故选用对光源技术要求较低、衰减较小(功耗低)和芯径较粗（可靠性较高）的玻璃多模光纤。
多模玻璃光纤主要有850nm、1310nm和1550nm三个通信窗口。两个节点间选用某个波长作为发射窗口、另一个波长作为窗口则可实现单根光纤上的双向通信。本研究中采用 1550nm 和 1310nm 两个窗口实现双向通信。
技术方案
4.1. 光纤接口物理层设计
典型的光路组成如图 2 所示。
图 2 光纤接口连接框图
FC型和SC型收发一体化光模块的收/发光波波长对应互置，共享一根光纤，互不干扰。如：FC 型光模块的发送波长为 1310nm，则 SC 型光模块的接收波长就是 1310nm。
4.2. 系统的组成
如图 3 所示，本研究采用以光纤 CAN 总线集线器为中心的星型网络构型，集线器通过单光纤与 N个节点连接。在节点中保留 CAN 总线控制器，舍弃了双绞线网络中的收发器和双绞线，代之以收/发一体化光模块和单根光纤进行信号的转换和传输，详见图 2。总线集线器是实现 CAN 总线网络“线与”功能的关键设备，集线器以 CPLD 为核心，各节点发送的信号 RX(1)～RX(n)相与后，通过 TX(1)～TX(n) 同时回传给各节点，从而实现光纤 CAN 总线网络“线与”功能。
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