光纤CAN总线通信技术研究
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如图 2 和图 3 所示，1＃节点 CAN 总线控制器的数据发送端 TX0 将报文标识符逐位发送给反向器，“显性”为“0”，“隐性”为“1”；经过反向器后，“显性”为“1”，“隐性”为“0”；FC 型光模块的 TD 端接收“1”时，LED 发送波长为 1310nm 的光波，接收“0”时，不发光，因此，经过光模块后，光纤中有光表示“显性”，无光表示“隐性”。
光波通过光纤到达光纤 CAN 总线集线器，经过SC 型光纤连接器进入 SC 型光模块，经过光/电转换后，以电信号形式从 SC 型光模块的 RD 端输出，此时，信号“显性”为“1”，“隐性”为“0”；此信号通过 CPLD 的 1＃光口的 RX(1)进入 CPLD，各节点发送的信号 RX(1)～RX(n)按照下列公式进行逻辑运算：
TX(1),TX(2)...TX(n)=RX(1)RX(2)...RX(n-1)RX(n)
其含义是将输入到 CPLD 中的 n 个输入信号RX(1),RX(2)…RX(n-1),RX(n)全部相“与”后，再送回 n 个输出 TX(1),TX(2)…TX(n-1),TX(n),从而，采用 CPLD 逻辑“与”实现了双绞线的“线与”功能。
“相与”后的信号通过 CPLD 的 TX(1)端发送给 SC 型光模块的 TD 端，SC 型光模块的 TD 端接收“1”时，LED 发送波长为 1550nm 的光波，接收“0”时，不发光，此时，光纤中有光表示“显性”，无光表示“隐性”。
光波通过光纤到达 1＃节点，经过 FC 型光纤连接器返回 FC 型光模块，经过光/电转换后，以电信号形式从 FC 型光模块的 RD 端输出，此时，信号“显性”为“1”，“隐性”为“0”；此信号通过反向器反向后，信号特性变为“显性”为“0”，“隐性”为“1”，此信号送入 SJA1000 的 RX0 端被控制器采集，并进行仲裁。
仲裁原理：如果 1＃节点的 CAN 总线控制器TX0端发送出去的状态位值与此时RX0端收到的位值不一致，则该节点退出竞争；反之，如果一致，则该节点继续发送下一位参与竞争，直至最后胜出，取得总线控制权。
系统建模与测试
基于上述方案，我们建立了两套系统模型，两套系统模型都是基于光纤 CAN 总线集线器的网络模型，只是节点机不同，一个系统的节点机为单片机节点机，另一个是对现有工控机的 CAN 总线板卡进行光纤化改进，在已有双绞线系统中直接替换物理层。系统规模为 8 个节点机，光纤长度为 10m。
在此模型上，进行了收/发一体化光模块的转换延时、总线通信速率和报文丢失率(近似误码率)等方面的简单测试，测试情况见表 2。 结论
通过上述研究和测试，可以得出以下几个方面的结论：
1) 本技术方案符合 CAN 总线标准对物理层信号传输特性的要求，能够在不改变顶层协议的前提下，实现 CAN 总线特有的多主非破坏逐位竞争机制；
2) 星型网络拓扑结构相对于光纤环网构型，本研究光/电和电/光转换环节少，在同样光纤长度条件下，本技术方案可实现较高的通信速率；
3) 采用集线器组网方式，只需增加集线器的端口数，就可以扩展 CAN 总线网络的规模，且无总线负载匹配问题，故不会影响网络可达到的最高通信速率；
4) 采用基于波分复用双向信息传输技术的收/发一体化光模块单光纤连接方式，简化了系统的构型，减少了配置，便于组成更为复杂的系统网络；
5) 光纤 CAN 总线网络具有免电磁干扰能力，极大地提高了 CAN 总线网络在恶劣电磁环境中的生存力、安全性和可靠性；消除了双绞线网络信号衰减和收发器负载能力差的固有缺陷，便于扩大网络规模(节点数量)和提高通信速率。
参考文献
[1] 《现场总线 CAN 原理与应用技术》饶运涛等著(end)
数字通信相关文章:数字通信原理
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