[实用新型]基于物理层转发的CAN总线集线器

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种基于物理层转发的CAN总线集线器，更具体的说，尤其涉及一种的基于物理层转发的CAN总线集线器。

背景技术

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，是由德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO11898）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、各种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。其具有如下特点：（1）CAN为多主方式工作，网络上任何一个节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，并且无需站地址等节点信息。利用这一点可方便的构成多机备份系统。（2）CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同实时要求，高优先级的数据最多也能在很短的时间内得到传输。（3）CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动退出发送，而优先级高的节点可以不受影响的继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，尤其在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪的情况。（4）CAN只需通过报文过滤便可以实现点对点、一点对多点及全局广播等多种方式传送数据。（5）CAN直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下），在通信距离为40m以内时，通信速率最高可达到1Mbps。（6）CAN节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达到110个，如果需要更多节点，可以利用中继器，实现网络节点的增加和传输距离的延长。（7）采用短帧结构，一次传送的字节最多为8个。传输时间短，受干扰概率低，具有良好的检错效果。（8）CAN的每帧信息都有CRC校验及其它校验措施，保证了数据出错率低，同时降低了应用程序的复杂程度，从而使通信更加可靠。（9）CAN物理层对传输介质没有规定，通信介质可以为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。（10）CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭节点输出功能，以使总线上其它节点的操作不受影响。  

CAN总线是总线型拓扑结构，采用单一信道作为传输介质，所有节点通过相应硬件接口接至这个公共信道（总线）上，任何一个节点发送信息，所有其它节点都能接收。信息到达节点后，经过地址识别（过滤），符合的节点将信息接收下来。优点是所需电缆长度短，工作的可靠性较高，增加和减少节点都很容易。其也存在诸多缺点，一是布线复杂，需要从楼层的两端分别上楼层和下楼层，施工难度大。一般楼宇的上下线路都在竖井中，从其它的位置上下线路是不允许的，因此在实际的工程施工中，这种网络拓扑结构往往十分困难。二是一条总线从头到尾连接各个节点，传输距离长，由于数据速率和传输距离的互相制约关系，传输速率难以提高。三是节点为110个，可能无法满足需要。四是所有节点都挂接在总线上，一个节点的故障可能影响整个网络，故障的检测需要在各节点上进行，比较困难。

为了克服上述问题，一般需要将总线型拓扑扩展成树形拓扑。树型拓扑是从总线拓扑演变而来的。从树根开始，每个节点下都可有多个分支。树型拓扑的许多特点与总线拓扑类似，但是它的故障比较容易隔离和检查。集线器起到了中继器延长距离和扩充终端数量的作用，是实现由总线型拓扑向树形拓扑转换的关键设备。

集线器作为网络中枢连接各类节点，以形成星型、树形结构的一种网络设备。主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上，即将一个总线端口接收到的信号从其他端口转发出去，并将其它总线端口返回的数据转发回原端口。目前市场上常见的CAN总线集线器普遍采用协议层的转发方式，一般采用带双CAN端口的微控制器或一个微控制器带两个CAN总线控制器，将一个端口接收到的数据解析后从另一个端口发送出去，反向转发也是如此。这种转发方式的优点是延时短，通信距离受影响少。但缺点是只能用于固定协议、固定速率的信号转发，一旦协议和速率发生变化，需要对集线器重新进行设置才能工作，操作复杂。在端口数较大时，电路复杂，成本高。

发明内容

本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种的基于物理层转发的CAN总线集线器。