计算机光盘软件与应用 ２０１０年第６期 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 工程技术 网络通信技术分析 李乌江 （哈尔滨铁路局科学技术研究所，哈尔滨１５００００） 摘要：文章分析了ＣＡＮ总线扩展技术的网络拓扑结构和系统构成，给出了ＣＡＮ网关的硬件设计原理。 关键词：网络；总线；扩展；技术 中图分类号：ＴＮ９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９５９９（２０１０）０６－００８５－０１ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉ Ｗｕｊｉａｎｇ （Ｈａｒｂｉｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ＣＡＮ ｂｕｓ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｇｉｖｅｓ ｔｈｅ ＣＡＮ ｇ￣ｅｗａｙ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｂｕｓ；Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ；Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 一、概述 硬件电路开发采用集成电路，开发周期短，成本低。ＣＰＵ采 ＣＡＮ总线是一种串行多主站局域网总线，被广泛应用于汽车 用Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司的１６位单片机ｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１ｌ作为核心部件， 控制系统、自动控制、楼宇自动化、医学设备等各个领域。其传 其内部集成了两个ＣＡＮ控制器，支持ＣＡＮ２．０Ａ／Ｂ协议，ＣＰＵ的速 输距离远，最远可达１０ｋｍ，传输速率高，最高可达１Ｍｂ／ｓ，容错 度可以达到３０ＭＩＰＳ，程序存储器空间有１３２ＫＢ，内部ＲＡＭ有６１４４Ｂ， 性能好，可靠性能高。但是由于ＣＡＮ驱动器的驱动能力有限，ＣＡＮ 数据程序存储器有２０４８Ｂ，集成的功能强大，体积小，性价比比 总线能够驱动的节点数有限，一般在１００个左右，同时会随着传 较高。物理层采用两个ＣＡＮ驱动器ＰＣＡ８２Ｃ２５０。其中一组的 输距离的增加，最高传输速率会下降，假如距离过长会引起信号 ＰＣＡ８２Ｃ２５０的ＲＸＤ，ＴＸＤ引脚不是和ＣＰＵｄｓＰＩＣ３０Ｆ６０１１直接连接， 丢失、反射等故障。在实验室条件下测得在５Ｋｂ／ｓ的通信速率下 而在中间用光速光藕６Ｎ１３７隔离。 最远通信距离能达到ｌＯｋｍ；在１８Ｋｂ／ｓ的通信速率下最远通信距 单片机ｄｓＰＩＣ３ＯＦ６０１１有两个通用的ＵＡＲＴ口，可以作为和Ｐｃ 离只能达到２ｋｍ；而在４２ｂ／ｓ的通信速率下，最远通信距离只能 机或其他上位机通信的接口来用。另外，ｄｓＰＩＣ３ＯＦ６０１１采用ＴＱＰＦ 达到ｌｋｍ。测试条件：线缆采用线径为０．７５ｍｍ２的屏蔽双绞线， 封装６４引脚，利用通用Ｉ／０驱动ＬＥＤ灯作为指示灯，预留并行液 线缆为盘装，室内测试。在实验中，发现随着随着通信距离的增 晶显示器和４×４行列式键盘的接口。 加，通信速率迅速下降，而ＣＡＮ总线的驱动节点数量也次第下降。 ＣＡＮ控制器和驱动器部分采用了光电隔离器，因此电源设计 而在通信距离远，通信节点多的大空间场所，比如矿井、电力监 部分要求有两个隔离的５Ｖ电源。考虑到可以会用到液晶显示器， 控等系统需要ＣＡＮ总线来传输数据和监控信息的场所，ＣＡＮ总线 因此一路电源设计采用输出容量１Ａ的开关电源ＬＭ９０７６，而另外 不能满足要求。 一路采用隔离ＤＣ／ＤＣ模块电源。这样ＣＡＮ子网之间实现了电气隔 假如要实现通信距离远、通信速率高、总线节点数量多ＣＡＮ 离，假如一个网络出了问题并不影响另外一个网络的正常工作， 总线系统，实现ＣＡＮ总线的扩展，就需要一个ＣＡＮ网关进行桥接， 提高了ＣＡＮ网络的抗干扰性能。硬件电路设计外围电路少、设计 把ＣＡＮ总线划分为几个子网，增加ＣＡＮ总线通信节点，延长ＣＡＮ 简单、成本低。 总线的传输距离，提高ＣＡＮ总线的传输速率。在研究基于ＰＩＣ单 四、网关的软件设计 片机的ＣＡＮ网关设计和扩展的ＣＡＮ总线网络拓扑结构。 ＣＡＮ网关作为消息的转发器，要准确、实时地接收两个ＣＡＮ发 二、ＣＡＮ网关总体设计及总线拓扑结构 送的信息，并且要实时发出去。对于不断发出信息的问题节点要及 （一）ＣＡＮ网关总体设计 时屏蔽，避免错误信息蔓延到另一个ＣＡＮ网络。假如ＣＡＮ网关被设 ＣＡＮ网关作为一种转发设备，连接在两个不同的ＣＡＮ网络中， 置成透明网关则直接把一个ＣＡＮ网络的信息转发到另外一个网络中 能够实时接收来自两个子网中的信息，根据需要筛选或者无条件 即可，假如ＣＡＮ网关被设置成和某个区间ＩＤ相关，则要做一些信 地把接收到的信息转发到另外一个网络中。ＣＡＮ总线层次结构分 息过滤和屏蔽处理。当ＣＡＮ网关检测到总线有错误时，要通过备用 为物理层、数据链路层和应用层，工作于ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模式下。 的ＵＡＲＴ口将错误信息上发到上位机或其他信息处理主机。 ＣＡＮ网关在物理层和数据链路层完成两个ＣＡＮ网的连接。 ＣＡＮ网关的信息接收通过硬件中断来完成。当总线上有消息 ＣＡＮ网关可以作为透明网关和源路由网关。透明网关完全按 时，引起硬件中断，进入中断程序后根据中断标志位的区别把接 照接收到的帧格式转发，不改变帧结构，对于用户，网关相当于 收到的信息存放到相应的缓冲区中。缓冲区是一个ＦＩＦＯ的存储 透明的。而源路由网关由用户提供路由信息，网关按照路由信息 区。而主程序则一直检测两个ＣＡＮ控制器对应的两个接收缓冲区， 对消息进行过滤和有选择性的转发。 当检测到缓冲区不为空时则把缓冲区内的信息顺序发送到另一个 （二）ＣＡＮ总线网络拓扑结构 网络中。从而形成一个具有一定的错误检测能力的双向通道，完 带有网关的ＣＡＮ网络拓扑结构中，Ｐｃ机为主节点，而ＣＡＮ节 成了两个ｃＡＮ网络的信息转发。 点作为从节点。在网络的顶层，由Ｐｃ机和网关构成一个主网，在 五、小结 这个主网中Ｐｃ机和ＣＡＮ网关作为ＣＡＮ节点，总线驱动器驱动能力 具体介绍了ＣＡＮ总线扩展技术的网络拓扑结构和系统构成， 可以带１００个ｃＮＡ节点左右。主网中的ＣＡＮ网关再作为下一个子 给出了ＣＡＮ网关的硬件设计原理及软件设计。这样的ＣＡＮ总线扩 网中的主节点，而其他ＣＡＮ网关或是ＣＡＮ节点作为从节点，构成 展网络，因为引入ＣＡＮ网关而增加了消息的传递时间，但是这个 一个子网。这样通过ＣＡＮ网关可以逐环把网络扩展下去，直到最 增加的时间很小，是微秒级的，可以忽略不计。而带来的优势明 底层的ＣＡＮ节点。而在应用层上，用户可以把网关配置成透明网 显，因为把ＣＡＮ网络在物理层上划分为几个网络，彼此之间不相 关或是源路由网光。透明网关不影响网络结构，ＣＡＮ拓展网络形 互影响，因而增加了ＣＡＮ网络的抗干扰性，同时，扩展灵活，只 成一个多节点，远距离的网络。源路由网关对消息具有过滤性， 需要增加一个ＣＡＮ网关来增加子网即可；通信速率可通过增加网 根据用户的配置信息把ＣＡＮ网络在应用层上划分为几个小网。这 关来提高，通信距离可以扩展到很远。通过ＣＡＮ网关增加了ＣＡＮ 样，解决了节点容量、通信距离、通信速率的问题。 总线的容量、提高了ＣＡＮ总线的通信速率、扩展了ＣＡＮ总线的传 三、网关的硬件设计 输距离。
