[實用新型]基于物理層轉發的CAN總線集線器

有效

• 申請號: 201220275060.0
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN202711247U
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 黃程云
• 申請（專利權）人: 黃程云
• 主分類號: G06F13/40
• 分類號: G06F13/40
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

?本實用新型涉及一種基于物理層轉發的CAN總線集線器，更具體的說，尤其涉及一種的基于物理層轉發的CAN總線集線器。

背景技術

CAN是控制器局域網絡(Controller?Area?Network)的簡稱，是由德國BOSCH公司開發了的，并最終成為國際標準（ISO11898）。是國際上應用最廣泛的現場總線之一。由于其高性能、高可靠性、實時性等優點現已廣泛應用于工業自動化、各種控制設備、交通工具、醫療儀器以及建筑、環境控制等眾多部門。其具有如下特點：（1）CAN為多主方式工作，網絡上任何一個節點均可在任意時刻主動向網絡上其它節點發送信息，而不分主從，通信方式靈活，并且無需站地址等節點信息。利用這一點可方便的構成多機備份系統。（2）CAN網絡上的節點信息分成不同的優先級，可滿足不同實時要求，高優先級的數據最多也能在很短的時間內得到傳輸。（3）CAN采用非破壞性總線仲裁技術，當多個節點同時向總線發送信息時，優先級較低的節點會主動退出發送，而優先級高的節點可以不受影響的繼續傳輸數據，從而大大節省了總線沖突仲裁時間，尤其在網絡負載很重的情況下也不會出現網絡癱瘓的情況。（4）CAN只需通過報文過濾便可以實現點對點、一點對多點及全局廣播等多種方式傳送數據。（5）CAN直接通信距離最遠可達到10km（速率在5kbps以下），在通信距離為40m以內時，通信速率最高可達到1Mbps。（6）CAN節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達到110個，如果需要更多節點，可以利用中繼器，實現網絡節點的增加和傳輸距離的延長。（7）采用短幀結構，一次傳送的字節最多為8個。傳輸時間短，受干擾概率低，具有良好的檢錯效果。（8）CAN的每幀信息都有CRC校驗及其它校驗措施，保證了數據出錯率低，同時降低了應用程序的復雜程度，從而使通信更加可靠。（9）CAN物理層對傳輸介質沒有規定，通信介質可以為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。（10）CAN節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉節點輸出功能，以使總線上其它節點的操作不受影響。??

CAN總線是總線型拓撲結構，采用單一信道作為傳輸介質，所有節點通過相應硬件接口接至這個公共信道（總線）上，任何一個節點發送信息，所有其它節點都能接收。信息到達節點后，經過地址識別（過濾），符合的節點將信息接收下來。優點是所需電纜長度短，工作的可靠性較高，增加和減少節點都很容易。其也存在諸多缺點，一是布線復雜，需要從樓層的兩端分別上樓層和下樓層，施工難度大。一般樓宇的上下線路都在豎井中，從其它的位置上下線路是不允許的，因此在實際的工程施工中，這種網絡拓撲結構往往十分困難。二是一條總線從頭到尾連接各個節點，傳輸距離長，由于數據速率和傳輸距離的互相制約關系，傳輸速率難以提高。三是節點為110個，可能無法滿足需要。四是所有節點都掛接在總線上，一個節點的故障可能影響整個網絡，故障的檢測需要在各節點上進行，比較困難。

為了克服上述問題，一般需要將總線型拓撲擴展成樹形拓撲。樹型拓撲是從總線拓撲演變而來的。從樹根開始，每個節點下都可有多個分支。樹型拓撲的許多特點與總線拓撲類似，但是它的故障比較容易隔離和檢查。集線器起到了中繼器延長距離和擴充終端數量的作用，是實現由總線型拓撲向樹形拓撲轉換的關鍵設備。

集線器作為網絡中樞連接各類節點，以形成星型、樹形結構的一種網絡設備。主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網絡的傳輸距離，同時把所有節點集中在以它為中心的節點上，即將一個總線端口接收到的信號從其他端口轉發出去，并將其它總線端口返回的數據轉發回原端口。目前市場上常見的CAN總線集線器普遍采用協議層的轉發方式，一般采用帶雙CAN端口的微控制器或一個微控制器帶兩個CAN總線控制器，將一個端口接收到的數據解析后從另一個端口發送出去，反向轉發也是如此。這種轉發方式的優點是延時短，通信距離受影響少。但缺點是只能用于固定協議、固定速率的信號轉發，一旦協議和速率發生變化，需要對集線器重新進行設置才能工作，操作復雜。在端口數較大時，電路復雜，成本高。

發明內容

本實用新型為了克服上述技術問題的缺點，提供了一種的基于物理層轉發的CAN總線集線器。