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CAN中继器设计及其应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:阐述了CAN中继器的重要作用,详细分析了CAN中继器的软、硬件设计方法,并对其在食堂售饭系统中的应用作了分析说明。

    关键词:CAN总线 CAN控制器 CAN中继器

CAN总线是Bosch公司为现代汽车应用而推出的一种总线,与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN 总线现已广泛应用于工业现场控制、小区安防、环境监控等众多领域中。CAN总线为多主方式工作,网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主从,通信方式灵活,且无需站地址等节点信息。

CAN中继器是CAN总线系统组网的关键设备之一,在稍大型的CAN总线系统中经常会用到中继器。本文所讨论的中继器除了具有中继功能以外,还具有一定的网桥功能。因为只要对中继器的初始化参数进行适当配置,就能使中继器既具有报文转发功能,又具有报文过滤功能,这里只是借用了中继器的名称而已。

使用中继器的优点主要表现在以下几方面:

(1)过滤通信量。中继器接收一个子网的报文,只有当报文是发送给中继器所连的另一个子网时,中继器才转发,否则不转发。

(2)扩大了通信距离,但代价是增加了一些存储转发延时。

(3)增加了节点的最大数目。

(4)各个网段可使用不同的通信速率。

(5)提高了可靠性。当网络出现故障时,一般只影响个别网段。

(6)性能得到改善。

当然,使用中继器也有一定的缺点,例如:

(1)由于中继器对接收的帧要先存储后转发,增加了延时。

(2)CAN总线的MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时,可能因中继器中缓冲区的存储空间不够而发生溢出,以致产生帧丢失的现象。

(3)中继器若出现故障,对相邻两个子网的工作都将产生影响。
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1 CAN中继器硬件电路设计

图1所示为CAN中继器硬件结构框图。CAN中继器主要由89C52和两路CAN控制器接口组成。89C52作为CAN中继器的微控制器,负责整个中继器的监控任务。两路CAN控制器接口电路基本相同,都是由CAN通信控制器SJA1000、光电耦合电路和CAN总线驱动器82C250组成。CAN总线驱动器都采用带隔离的DC/DC模块单独供电。这样,不仅实现了两路CAN接口之间的电气隔离,也实现了中继器与CAN总线的隔离。虽然这在一定程度上增加了中继器硬件的复杂性和成本,但却是值得的。采取隔离措施可使故障局限在某一网段内,而不至于影响其它网段,既便于维护,又保证了系统设备的安全。

中继器硬件除了以上主要部分以外,还有EEPROM、看门狗和LED指示等部分。几个LED分别用于中继器上电指示和CAN接口当前的接收和发送状态指示,以及接口的通信故障(如总线关闭)指示。看门狗采用MAX1232。MAX1232具有高电平、低电平上电复位和看门狗功能。EEPROM采用具有1K字节容量的24LC08,可用于保存中继器的配置参数等信息,便于系统的灵活配置。

2 CAN中继器的软件设计

CAN中继器的主要任务是在两个CAN网段之间实现报文的过滤和转发。由于通信实时性的要求以及CAN中继器CPU中缓存容量有限(89C52内部RAM容量为256个字节),所以在进行软件设计时,要求做到存储转发时间尽量短。为了达到这一要求,CPU采用中断方式接收两个CAN控制器的报文,同时尽量精简CPU收发子程序的代码长度。为了节省内存并对内存实行有效管理,CPU采用了FIFO机制管理内部RAM。为了保证通过中继器传输报文的通信双方数据的可靠性,唯有使用通信双方应用层的端端差错控制才能满足要求,但在中继器的软件设计中不宜加入过多的差错控制和流量控制功能,因为这不仅达不到目的,反而还降低了中继器的运行效率,增加了故障隐患。

图2 接收中断子程序流程图

    CAN中继器软件主要包括以下一些子程序:初始化子

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