[发明专利]一种总线型拓扑结构的星型物理分布CAN总线设备

说明书

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种CAN总线设备。

背景技术

CAN（Controller area Network）总线因其良好的环境适应性和高可靠性在我国的航空等领域得到了广泛的应用。近年来在航天领域如小卫星、神舟飞船等领域得到了越来越多的应用。根据ISO/CD 11898（Road Vehicles-Controller area Network）中的规定，CAN总线具有两种拓扑结构：总线型拓扑与星型拓扑（hub-spoken topology）结构。具体如图1和图2所示。ISO/CD 11898对星型拓扑结构进行了严格的约束，具体如下：

1）每个外设都可以连接到星型交换点上，但星型交换点之间必须通过总线型拓扑结构连接；

2）外设到星型交换点的连线长度越短越好；

3）整个网络的总线长度和外设到外设的最大长度直接影响网络的通信质量。

由上可知，星型总线拓扑结构存在着总线结构复杂、阻抗匹配困难以及通信可靠性低等问题。同时，在实际应用过程中也发现了星型总线拓扑结构的通信误码率受电缆长度、设备个数、环境温度等因素的影响很大，不适用于具有高可靠性要求的应用环境。

基于上述原因，在航天应用领域，尤其是小卫星应用领域中，CAN总线均为总线型拓扑结构。总线型拓扑结构得到了大量的空间飞行验证，目前已成为航天应用领域中的默认标准。其具体连接关系如图3所示。在整个CAN总线系统中，外设通过电缆串行连接，当一个电缆插头断开后，整个CAN总线系统的通信将出现故障。CAN总线拓扑结构参数如下表所示：

但在某些特殊环境下，受空间大小以及应用需求的限制，CAN总线外设呈星型物理分布，同时总线上的设备有热插拔的需求。此时，按传统的连接方式无法实现总线型拓扑结构，若采用星型的拓扑结构形式将会给系统带来一定程度的应用风险。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种总线型拓扑结构的星型物理分布CAN总线设备，利用星型物理分布的外设实现CAN总线总线型拓扑结构的连接方式，同时，在此物理连接方式下实现CAN总线的热插拔操作，大幅度提高CAN总线传输的可靠性，拓展CAN总线的应用范围。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括交换点设备、外设和电缆，所述的交换点设备设有若干个CAN总线接口，在每个CAN总线接口的插座以及对应的插头中选取两个点，同一插头的两点之间通过电缆连接并连接一个外设，同一插座的两点分别通过电缆与相邻插座的一点连接。

所述的外设通过电缆连接一个转接插头，所述的同一插头的两点之间通过电缆连接一个转接插座，转接插头与转接插座可插拔配合。

本发明的有益效果是：本发明适用于由于空间受限无法连接为总线形式的CAN总线设备，用星型的物理连接方式实现了CAN总线设备总线型的拓扑结构以及设备的热插拔设计。具体包括以下优点：

①提高了CAN总线可传输的码速率。星型连接最高传输码速率为500kbps，总线型可以传输的最高码速率为1Mbps；

②降低了总线误码率，以此种连接方式可明显降低各节点的反射波，改善CAN总线信号，从而降低总线的误码率；

③可方便地更改电缆长度，降低了由于电缆长度变更而导致总线误码发生的概率；

④终端电阻匹配容易，此种连接方式可明确地知道CAN总线的终端节点，从而实施终端匹配；

⑤扩展了CAN总线功能，可对CAN总线实施热插拔操作。

附图说明

图1为CAN总线型拓扑结构示意图，并给出了总线的几项关键指标；

表1对图1的关键指标的范围进行了说明；

图2为CAN星型拓扑结构的示意图；

图3为目前卫星领域最经典的连接关系示意图；

图4为星型物理分布的总线型拓扑结构的连接方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明的技术方案为：

①在星型物理分布的CAN总线设备中，以交换点设备为中心，外设通过电缆与其连接。交换点设备、外设、电缆共同组成CAN总线系统。