1、第第3章章 CAN總線系統(tǒng)的結構原理總線系統(tǒng)的結構原理 該章主要是從邏輯上說明CAN總線系統(tǒng)的結構原理。 討論內容概述：討論內容概述： 3.1 CAN總線系統(tǒng)的結構及節(jié)點組成 3.2 CAN總線系統(tǒng)的拓撲結構 3.3 CAN總線系統(tǒng)的通信方式 3.4 小 結 參考文獻：參考文獻： 史久根等CAN現場總線系統(tǒng)設計技術現場總線系統(tǒng)設計技術. 北京：國防工業(yè)出版社 王黎明等CAN現場總線系統(tǒng)的設計與應用現場總線系統(tǒng)的設計與應用.北京：電子工業(yè)出版社，20083.1 CAN總線系統(tǒng)的結構及節(jié)點組總線系統(tǒng)的結構及節(jié)點組成成 CAN總線是一種有效支持分布式控制或實時控制的現場總線。 由CAN總線構成的現場

2、總線網絡的結構一般由控制器節(jié)點、傳感器節(jié)點、執(zhí)行器節(jié)點以及其他的監(jiān)控節(jié)點如人機界面組成。 CAN作為控制局域網還可以通過網關和其他網絡如以太網互聯(lián)構成大型復雜的控制網絡結構。 圖3.1較好地表示了用CAN總線系統(tǒng)組成的現場總線網絡的結構。 由于總線收發(fā)器物理信號驅動能力的限制，一個CAN總線網絡上最多可掛接110個節(jié)點設備。 一個簡單的CAN總線系統(tǒng)如圖3.2所示。圖中的主機（上位機）可以是包括CAN適配卡的基于PC的工業(yè)計算機。帶CAN適配卡的上位機在CAN總線系統(tǒng)中相當于一個網絡節(jié)點。 圖中的從機一般由微控制器系統(tǒng)組成?？蓪鞲衅鲾祿蟼鞯娇偩€上，或將網絡中傳來的控制數據輸出到執(zhí)行器以控制

3、該執(zhí)行器的動作。 兩只120的電阻作為CAN線路的匹配電阻。 一般地，CAN節(jié)點的結構如圖3.3所示，從本質上看，它是一個帶CAN通信接口的計算機系統(tǒng)通用的PC系統(tǒng)或嵌入式處理器系統(tǒng)。2013年第19學時結束至此3.2 CAN總線系統(tǒng)的拓撲結構總線系統(tǒng)的拓撲結構3.2.1 計算機網絡拓撲回顧計算機網絡拓撲回顧 關于網絡拓撲，我們在“網絡與通信基礎”一章曾經討論過。 網絡拓撲結構按照幾何圖形的形狀可分為： 總線拓撲、環(huán)形拓撲、星形拓撲和網狀拓撲等類型。 這些形狀也可構成混合拓撲結構。 不同的網絡拓撲結構適用于不同的網絡規(guī)模。 例如，局域網常采用總線、星形或環(huán)形拓撲結構，而廣域網常采用網狀拓撲結構

4、。 在CAN網絡中，也可采用上面所述的4種網絡拓撲結構，簡述如下。3.2.2 常用的常用的CAN總線系統(tǒng)的拓撲結構總線系統(tǒng)的拓撲結構總線拓撲 （1）回顧 （2）特點 優(yōu)點：容易實現、成本低。 缺點：當網絡中的節(jié)點數量增加時，網絡的性能將下降。容錯能力較差，總線上的某個中斷或故障將會影響整個網絡的數據傳輸。 （3）結論 當CAN總線網絡中的節(jié)點數較多時，可考慮不應采用一個單純的總線拓撲結構。 （1）回顧 （2）特點 與總線拓撲結構相同，當環(huán)中的節(jié)點不斷增加時，響應時間也就變得越長。因此，單純的環(huán)形拓撲結構不靈活且不易于擴展。 在一個簡單環(huán)形拓撲結構中，單個節(jié)點或一處線纜發(fā)生故障將會造成整個網絡的

5、癱瘓。 （3）結論 一些CAN總線網絡采用雙環(huán)結構以提供容 錯。 3.2.3 常用的常用的CAN總線系統(tǒng)的拓撲結構總線系統(tǒng)的拓撲結構環(huán)形拓撲3.2.4 常用的常用的CAN總線系統(tǒng)的拓撲結構總線系統(tǒng)的拓撲結構星形拓撲 （1）回顧 （2）特點 一個典型的星形網絡拓撲結構所需的線纜和配置，一般稍多于環(huán)形網絡和總線網絡。 在星形網絡中，任何單根電線只連接兩個設備，因此電纜問題最多影響兩個節(jié)點。單個電纜或節(jié)點發(fā)生故障，不會導致整個網絡通信中斷。 但中央設備的失敗會造成網絡癱瘓。 由于使用中央設備作為連接點，星形拓撲易于移動、隔絕或與其他網絡連接，這使得星形網絡更易于擴展。 （3）結論 星形拓撲是目前CA

6、N總線局域網中最常用一種網絡拓撲結構（ 該結構也是以太網現在最常用的）。3.2.5 常用的常用的CAN總線系統(tǒng)的拓撲結構總線系統(tǒng)的拓撲結構網狀拓撲 （1）回顧 （2）特點 由于對兩節(jié)點之間的數據傳輸提供多條鏈路，因此，網狀拓撲最具容錯性，但成本高。 （3）結論 采用網狀拓撲時，網絡中每個節(jié)點間的連接需大量的專用線纜。為縮減開支，CAN網絡可選擇半網狀結構：在半網狀結構中，關鍵的節(jié)點通過網狀拓撲結構連接，次要的節(jié)點通過星形或環(huán)形拓撲結構連接。 這種結構在當前的實際應用中使用得比較廣泛。3.2.6 常用的常用的CAN總線系統(tǒng)的拓撲結構總線系統(tǒng)的拓撲結構小結 上面對CAN網絡采用常用的網絡拓撲結構組

7、成系統(tǒng)時的一些利弊進行了討論?？傮w而言，應該是一些一般性的看法。采用CAN組成系統(tǒng)時具體采用何種結構應根據具體情況具體分析。 重要的是，通過這部分內容的學習，要學會通過合理利用網絡拓撲結構來設計相關的系統(tǒng)，要想到實施過程中遇到的有些問題，可以通過調整網絡拓撲結構來解決。3.3 CAN總線系統(tǒng)的通信方式總線系統(tǒng)的通信方式 CAN總線兩種典型的通信方式是： 多主方式和主從方式。 CAN總線在多主方式下工作時，網絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動向網絡發(fā)送信息，而不分主從。 多主方式通信靈活，無需站地址等節(jié)點信息。在該方式下，CAN網絡支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接收/發(fā)送數據。 為避免總線沖突

8、，采用非破壞性總線仲裁技術，根據需要將各個節(jié)點設定為不同的優(yōu)先級，并以標志符(ID)標定（其值越小，優(yōu)先級越高），在發(fā)生沖突時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止發(fā)送，從而解決了總線沖突問題。 CAN總線在主從方式下工作時，網絡上節(jié)點的功能是有區(qū)分的，無法像多主式結構的網絡那樣自由進行各種平等的信息發(fā)送。 在主從式結構系統(tǒng)的通信方式中，整個系統(tǒng)的通信活動要依靠主站中的調度器來安排。如果系統(tǒng)調度策略設計不當，系統(tǒng)的實時性、可靠性就會變差，而且容易引起瓶頸現象，妨礙正常有效的通信。所以采取主從式結構的網絡都需要采取必要的措施去解決瓶頸問題。 目前的CAN網絡一般采用多主式和主從式結合的結構，這種結構比較靈活又具有較高的實時性和可靠性。3.4 小小 結結 本章介紹了CAN總線網絡的基本構成及其結構原理，使大家對CAN總線網絡