接口/总线/驱动中的控制器局域网络优化配置三步骤
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2020-10-19
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接口接口/总线总线/驱动中的控制器局域网络优化配置三步骤驱动中的控制器局域网络优化配置三步骤
控制器局域网络（CAN）可在多个网络站点之间提供强大的通信能力，支持多种数据速率和距离。CAN具有数
据链路层仲裁、同步和错误处理等特性，广泛用于工业、仪器仪表和汽车应用之中。在ISO 11898标准的框架
下，借助分布式多主机差分信令和内置故障处理功能，DeviceNet、CANopen等多种协议针对物理层和数据链
路层规定了相应的实现方式。本文旨在描述如何针对给定应用优化设置，同时考虑控制器架构、时钟、收发
器、逻辑接口隔离等硬件限制。文章将集中介绍网络配置问题，包括数据速率和电缆长度，说明何时有必要对
CAN节点进行重新配置，以及如何从一开始就实现对节点的优化配置。 逻辑接口隔离
控制器局域网络（CAN）可在多个网络站点之间提供强大的通信能力，支持多种数据速率和距离。CAN具有数据链路层仲
裁、同步和错误处理等特性，广泛用于工业、仪器仪表和汽车应用之中。在ISO 11898标准的框架下，借助分布式多主机差分
信令和内置故障处理功能，DeviceNet、CANopen等多种协议针对物理层和数据链路层规定了相应的实现方式。本文旨在描述
如何针对给定应用优化设置，同时考虑控制器架构、时钟、收发器、逻辑接口隔离等硬件限制。文章将集中介绍网络配置问
题，包括数据速率和电缆长度，说明何时有必要对CAN节点进行重新配置，以及如何从一开始就实现对节点的优化配置。
逻辑接口隔离逻辑接口隔离
对于恶劣的工业和汽车环境，可通过隔离CAN收发器的逻辑接口进一步增强系统的鲁棒性，允许接地节点之间出现较大的
电位差，同时提供抗高电压瞬变能力。将CAN收发器与数字隔离器集成起来即可形成隔离式CAN节点。 ADM3052、
ADM3053和ADM3054隔离式CAN收发器提供多种接口供电选项。对于DeviceNet网络，隔离侧可通过总线供电；因
此，ADM3052集成了一个线性调节器，以便利用24V总线电源提供5V电源。ADM3053（如图1所示）集成了一个isoPower
DC-DC转换器，用于驱动收发器和数字隔离器的总线端。已有一个隔离式DC-DC转换器能够在隔离栅上提供电源的系统可以
采用ADM3054,后者只集成了数字隔离器和CAN收发器。
图1. 隔离式CAN节点（ADM3053收发器由isoPower DC-DC供电）
传播延迟的影响传播延迟的影响
部署一个CAN节点需要一个隔离式或非隔离式CAN收发器，以及一个搭载有相应协议堆栈的CAN控制器或处理器。可以使
用独立式CAN控制器，甚至可以使用不带标准协议堆栈的控制器，但是，CAN应用中使用的微处理器可能已经包括CAN控制
器。在任一情况下，都必须对CAN控制器进行配置，以调和总线上的数据速率和时序，而硬件振荡器则用于控制器。
随着电缆长度的增加，信号中的高频组分衰减，因此，长距离条件下的数据速率都有限。 总线是一种多主机，因此，所有
节点都可以尝试同时传输，仲裁取决于物理层信令。传播延迟也会随电缆长度而增加，可能对节点间同步和仲裁形成干扰。
CAN总线上的差分信号可能处于两种状态之一：主动（逻辑0,信号线路CANH和CANL之间存在一个差分电压）或被动（逻
辑1,无差分电压，所有CAN收发器输出均为高阻抗）。如果两个节点尝试同时传输，则主动位传输会覆盖同时进行的被动位传
输，因此，在传输时，所有节点都必须监控总线状态，如果在传输被动位时发生覆盖，则要停止传输。如此，传输主动位的节
点赢得仲裁，如图2所示。
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