CAN总线是德国Bosch公司于20世纪80年代初为处理轿车中很多数据交换而开发的一种串行数据通讯协议。因为其具有杰出的特性，CAN总线成为现在公认的几种最有出路的现场总线之一。CAN总线的传输介质可所以双绞线、光纤和同轴电缆。现在双绞线CAN总线已得到了广泛应用，各项技能现已老练。双绞线CAN网络在技能在简单完成、造价低价，且对环境电磁辐射有必定按捺才能。可是当作业环境特别杂乱时，其抗搅扰才能并不非常令人满意。如在电动轿车现场，状况较为杂乱，车载电气系统会发生强电磁搅扰，将导致双绞线CAN网络不能正常作业。与双绞线和同轴电缆比较，光纤的优胜功用–强壮的抗EMI才能引起人们的重视。为进一步进步CAN网络的功用，应选用光纤作传输介质。因为车载局域网传送距离短，一起为了下降车载光纤CAN网络的本钱，可选用塑料光纤(POF)作为传输介质。塑料光纤在高速短距离通讯传输中本钱低、易衔接、可绕性好、重量轻，故组网本钱低。德国宝马公司在2002年3月上市的第一流新款轿车BMW7系列中选用于50m POF构筑车内局域网。
光纤CAN网作为一种工业底层操控局域网，其拓扑结构与常用局域网相同，根本拓扑结构有总线形、环形和晕形。在光纤单环CAN网络中，因为器材的延时将导致环路信号自激，使环形CAN网络堵塞(或称为锁死)。为恪守CAN总线操控器在链路层的协议，应规划一种光纤CAN单环网专用逻辑操控单元LCU。该单元的功用是：对CAN总线数据完成收发操控，即主节点对接纳到的数据不转发，当数据沿光纤环回到原发送节点时，立即被除掉；从节点对接纳数据完成转发。一起还可消除环形光纤CAN总线网络的自激现象，确保环网不被堵塞。
Q光纤单环网络中，节点或链路的毛病或许形成网络的瘫痪。为了进步光纤环网的生存性，应构成具有自愈功用的光纤双环自愈网。
图1
1 光纤自愈环CAN网总体规划
1．1 光纤自愈环结构
光纤自愈环CAN网络如图1所示。该网络有两条光纤环路–顺时针环和逆时针环，各节点CAN操控器SJAl000经过接口电路与双环光纤网相连，接口电路由Altera公司出产的杂乱可编程逻辑器材(CPLD)EPM7128S、两个光发送器LEDR和LEDL、两个光接纳器PINR和PINL组成。
1．2 接口电路的功用
光纤自愈环CAN网接口电路的功用是：(1)当光纤双环通讯正常时(如图2(a)所示)，各节点右端光发送器 LEDR传送左端光接纳器PINL的数据，信号顺时针传送；同理LEDL传送PINR的数据，信号逆时针传送，即发送器挑选对侧数据转发。(2)当单根光纤毛病时(如图2(b)所示)，下流C节点接口电路完成环回，因为左边光接纳器PINL无信号，右端光发送器LEDR挑选同侧光接纳器PINR数据转发。(3)当恣意节点间两根光纤毛病时(如图2(c)所以)，如BC节点间光纤被堵截时，则B、C两个节点与光纤堵截点相连履行环回功用。此刻，从A到C的信号AC则先经顺时针环到B，再经逆时针环过A、D后抵达C。而信号CA则仍经顺时针环传输。这种自愈功用确保在毛病状况下仍能保持环的接连性。毛病扫除后，倒换开关主动回来本来方位。(4)完成节点CAN操控器数据挑选接纳。其原则为：关于各节点接纳的顺、逆时针数据，挑选PINL、PINR中先抵达的数据接纳。(5)完成节点数据挑选发送。其原则为：当总线闲暇时，挑选本节点CAN操控器发送端TX发送数据，可消除环形光纤CAN总线网络的自激现象，确保环网不被堵塞；当本节点CAN操控器为接纳节点时，挑选对侧数据发送；当本节点CAN操控器为接纳节点时，且对侧光纤通道毛病，则挑选同侧数据发送。(6)判别各通道帧开始和帧完毕，辨别总线是否闲暇，网络是否毛病。如判别到左测光接纳器PINL有数据帧正在传送时，发生左边发送数据标志flag_l和网络通讯状况标志sync_l。
2 接口电路规划
光纤CAN自愈网的自愈功用及收发操控功用由可编程逻辑器材(ALTERA EPM7128SLC84一15)完成，编程选用VHDL言语。下面进行详细介绍。
2．1 输入输出口设置
图3为接口电路CPLD的I／O口示意图。其间，输入输出pin_l、led_l、1ed_r、pin_r别离与光／电转化模块PINL、LEDL、LEDR、PINR相连：txd、rxd别离与CAN痉制器的数据发送端TX、接纳端RX相连；flag_txd=1代表本节点CAN操控器TX0正在发送数据帧；flag_l=1代表左边通道正在发送数据帧；flag__r=1代表右侧通道正在发送单据帧。sync_l为左边网络通讯状况标志，sync_r为右侧网络通讯状况标志。当左通道正常时，输出sync_1=l，驱动网络状况发光二极管D_sl亮；当右通道正常时，输出sync_r=1，驱动网络状况发光二极管D_sr亮；若网络状况发光二极管D_sr或D_sl灭，表明网络对应光纤通道出了毛病。当本节点CAN操控器挑选左通道数据接纳时，输出端rx_l／r为高电平；当本节点CAN操控器挑选右通道数据接纳时，输出端rx_l／r为低电平。输入端reset为复位端，低电平有用；clk0为时钟输入端，输入时钟的频率为20MHz。
图2
2．2 CPLD功用结构
CPLD为操控环网自愈接口单元，操控电路由分频器、中心状况机、发送数据挑选器、接纳数据挑选器组成，如图4所示。
2．3 分频器
通讯接口CPLD时钟频率为20MHz。在光纤CAN自愈环网中，各节点CAN操控器SJAl000和CPLD接口选用独立的作业时钟。为使状况机发生的flag的信号与CAN操控器数据传送同步，以确保两个数据挑选器的切换和数据传送同步，应正确挑选状况机的时钟。本文中CAN网数据传送波特率是125kbit／s，状况．机时钟rxclk的速率规划为数据传送波特率的8倍，即1Mbit／s，确保在一个CAN数据位周期中可对数据读取屡次，进步抗搅扰才能。所以分频器的功用为发生1MHz的时钟频率。
2．4 中心状况机
根据CAN 2．0B协议，CAN网络数据帧由7个不同的位场组成，即帧开始、裁定场、操控场、数据场、CRC场、应对场、帧完毕。数据场长度可为0～8个字节。帧开始位是一个显性位低电?quot;0；帧完毕是由7个隐性位1组成的序列；在数据帧传送中，运用位添充技能编码，确保数据帧位流中不会呈现5个接连的1或0。
中心操控状况机是本规划的中心单元。中心状况机的功用是：(1)，检测CAN数据帧的帧开始和帧完毕，发生相应的发送数据标志信号flag_txd、flag_r和flag_l。(2)发生网络通讯状况标志sync_r和sync_l。中心状况机由：三个状况机组成：本节点CAN操控器状况机、左通道状况机和右通道状况机。它们别离判别各通道(TX、PIN_L和PIN_R)是否有数据传送。下面临遍地状况机的解说均以本节点CAN操控器状况机为例。
各状况机设置了61个状况， 即idle、S1、S2、S3…S60。当总线闲暇时，状况机处于闲暇态idle，此刻rxclk上沿到来，检测到txd=0时，状况机转向S1，一起发送数据标志置位信号flag_txd=1；第二上沿时，状况机无条件转向S2；第三上沿时，状况机无条件转向S3；第四上沿时，状况机无条件转向S4；第五上沿到来时，此刻是数据位的中心方位，数据安稳，对数据再次读取，若txd=0的条件仍建立，表明帧开始到来，状况机转向S5；不然flag_txd=0，一起状况机转向闲暇态idle，等候帧开始的到来。
当状况机处于S5时，尔后rxclk(1MHz)每过一个时钟周期，状况机状况行进一步(S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、……、S58、S59、S60)；每过8个时钟周期，对CAN总线上的数据位进行一次检测(S12、S20、S28、S36、S44、S52、S60)，确保每次检测在数据位(位周期)中心。当接连7次txd=1时，检测到1表明帧完毕到来，发送数据标志复位flag_txd=0，等候下一次帧开始的到来；不然状况机回来状况S5，等候帧完毕的到来。
网络通讯状况sync_r、sync _l是进行环网自愈的重要根据。如上所述，当左右通道发送数据状况标志flag=1时，各通道网络通讯状况sync=1，网络状况发光二极管D_sr、D_sl亮；当帧完毕到来时，flag=0，发动网络通讯状况计数群count，其时钟为rxclk=1MHz，当计数器为30000时(30ms)，sync=0，网络状况发光二极管D_sr、D_sl灭。这表明某数据帧传输后，假如再也检测不到其它数据帧开始，则网络出了毛病。假如在30ms内能检测到数据帧开始(flag置位)，网络通讯状况标志sync继续为1。 计数器抵达满值的时刻应为预算的帧间最短时刻距离。
2．5 数据挑选器
发送数据挑选器和接纳数据挑选器的功用是完成链路建立(即通道挑选)。为确保网络正常作业，CAN网络延时应小于一个数据宽度(位周期)。为使链路建立时刻尽或许短，运用最高时钟频率(20MHz)操控两个数据挑选器。
在发送数据挑选器中，CPLD检测三路通道数据txd、pin_l、pin_r。各通道数据具有不同的优先级。优先级的设置为：当本节点发送数据(txd=0或flag_txd=1)时，左右通道发送CAN操控鞣⑺投薚X的数据，即led_r=txd，led_l=txd。若本节点不发送数据，则根据sync_r和sync_l挑选发送数据，当左右通道均正常时，挑选对侧数据发送，led_r=pin_l，led_l=pin_r。假如某通道毛病，接纳不到对侧数据，则挑选本侧数据发送，led_l=pin_l，led_r=pin_r。据此，不只完成了网络自愈，也消除了环网堵塞问题。
在接纳数据挑选器中，设定左通道为首选接纳通道；当左通道数据未届时(flag_l=0)或左通道毛病时，不需人为干涉，主动挑选右通道接纳。据此完成了接纳优化(挑选优先抵达通道数据接纳)以及光纤CAN总线双环网的自愈功用。
在电动车内组成光纤CAN自愈环网，选用塑料光纤作为传输介质，塑料光纤在可见光区有低损耗窗口，选用作业波长为650nm(红光)的光／电转化模块–Agilent公司出产的光发送器HFBR-1528和光接纳器HFBR–2528。各节点CAN控卸器选用SJAl000或带CAN操控器的TMS320LF2407 DSP芯片，组成4个节点车载光纤CAN自愈环网。CAN网络的数据传送速率设置为125kbit／s，当设置某条通道毛病时，网络能完成图2(b)所不的自愈功用；当设置恣意节点之间的两根光纤毛病时，网络能完成图2(c)所示的自愈功用。当CAN节点毛病时，接口电路仍能确保双环网正常作业；但当接口电路毛病时，将导致本节点脱离总线，其它节点完成网络自愈，构成单环网。经过示波器观测波形，发送节点经过总线竞赛发送数据；接纳节点能向总线上发送应对信号；节点数据经过4节点光纤CAN自愈环回来原节点的时刻小于100ns。经测验，通道毛病网络自愈时刻为301ms
