CN114039809B - 一种基于光端机的can远距离通信系统 - Google Patents
一种基于光端机的can远距离通信系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114039809B CN114039809B CN202111515511.3A CN202111515511A CN114039809B CN 114039809 B CN114039809 B CN 114039809B CN 202111515511 A CN202111515511 A CN 202111515511A CN 114039809 B CN114039809 B CN 114039809B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- data
- optical
- transceiver
- far
- area network
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 45
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 33
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013440 design planning Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
- H04L12/40—Bus networks
- H04L12/40006—Architecture of a communication node
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/40—Transceivers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L12/00—Data switching networks
- H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
- H04L12/40—Bus networks
- H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
- H04L2012/40215—Controller Area Network CAN
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Small-Scale Networks (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于光端机的CAN远距离通信系统,包括通过光纤连接的近端设备和远端设备,近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网。本发明将CAN总线从最大40m通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离;通过光纤传输信号,提高了系统的信号抗干扰能力;使远端设备和近端设备只通过1根光纤即可完成多组CAN总线网络扩展,简化了两个设备之间使用多根电缆连接的问题,避免电缆连接带来的电磁辐射、电磁屏蔽等问题;将两个光端机分别部署到远端设备和近端设备中。可以根据用户具体需求,自定义CAN总线扩展网络子网的限定范围。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,特别涉及一种基于光端机的CAN远距离通信系统。
背景技术
支持CAN总线远距离通信的光端机主要用于车载电子设备中。由于CAN总线的响应实时性,决定了CAN总线速率为1Mbps时,传输距离不能超过40m。现阶段,CAN总线的实际传输距离已经超过40m,在一些特定场合中,需要将多根电缆信号优化为一根光纤进行信号传输,由于光电转换带来的响应时间损耗,传输距离还会比40m更短。此时CAN总线的传输距离瓶颈会限制系统的功能设计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,采用CAN光端机方案,能解决CAN总线在1Mbps速率下最远传输距离小于40m的问题,将CAN总线通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离的基于光端机的CAN远距离通信系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于光端机的CAN远距离通信系统,包括通过光纤连接的近端设备和远端设备,近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网。
进一步地,所述CAN控制器采用集成CAN接口的微控制器配合光耦隔离芯片和CAN收发器芯片实现硬件电路,负责监听当前CAN总线局域网的所有数据消息,根据转发策略,将需要转发的数据转发到光纤数据收发器;转发策略包括局部ID映射模式和全部ID映射模式两种模式;
局部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中指定的CAN节点和远端CAN总线局域网通信,允许远端CAN总线局域网中指定的CAN节点和近端CAN总线局域网通信;局部ID映射模式通过ID映射表进行ID记录,软件收到CAN总线局域网的数据后,解析数据中的目的ID,通过查找目的ID是否在ID映射表中,判定本次收到的数据是否需要转发到光纤数据收发器,如果目的ID在ID映射表中则转发,如果不在则不转发;
全部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中所有的CAN节点和远端CAN总线局域网中所有的CAN节点通信,该模式中没有ID映射表,软件收到数据后直接转发给光纤数据收发器进行后续处理。
进一步地,所述光纤数据收发器包含数据发送器和数据接收器,数据发送器和数据接收器均对外连接多个CAN控制器。
进一步地,所述数据发送器包括数据发送模块,与数据发送模块相连的多个数据打包单元,每个数据打包单元分别连接FIFO和端口标签模块,FIFO通过串行口连接CAN控制器;
CAN控制器数据经过串行口进入FIFO缓存,当缓存的数据超过最大等待时间或者数据量大于数据打包最大帧长度时,触发数据打包动作,FIFO缓存的数据开始输出到数据打包单元,并通过端口标签模块填充端口标签信息和通信帧头帧尾校验信息;端口标签信息用于接收时将数据恢复到对应串行口;数据打包完成后送到数据发送模块,数据发送模块通过电信号接口将数据发送给光模块,光模块将数据发送到光纤传输到远端。
进一步地,所述数据接收器包括数据接收单元、数据解包单元,与数据解包模块相连的多个FIFO,FIFO通过串行口连接CAN控制器;
光模块从光纤接收远端的光信号数据转换为电信号数据,数据接收单元负责接收光模块数据并将数据送到数据解包单元,数据解包单元从数据帧中提取端口标签信息,根据标签信息将数据投递到对应端口的FIFO,最后串行口单元再将FIFO中的数据发送到CAN控制器。
本发明的有益效果是:
(1)采用CAN光端机方案,能解决CAN总线在1Mbps速率下最远传输距离小于40m的问题,将CAN总线通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离;
(2)通过光纤传输信号,提高了系统的信号抗干扰能力;
(3)使远端设备和近端设备只通过1根光纤即可完成多组CAN总线网络扩展,简化了两个设备之间使用多根电缆连接的问题,避免电缆连接带来的电磁辐射、电磁屏蔽等问题;
(4)将两个光端机分别部署到远端设备和近端设备中。可以根据用户具体需求,自定义CAN总线扩展网络子网的限定范围。
附图说明
图1为本发明的基于光端机的CAN远距离通信系统的系统结构示意图;
图2为本发明的CAN控制器示意图;
图3为本发明的CAN网络定义示意图;
图4为本发明的光纤数据收发器的数据发送器示意图;
图5为本发明的光纤数据收发器的数据接收器发送流程示意图。
具体实施方式
本发明是一种将CAN总线从最大40m通信距离通过光传输扩展为几十公里的传输距离的设计,基于光端机的CAN远距离通信系统包含近端光端机和远端光端机,远端和近端光端机设计实现相同,包含硬件设计和软件设计。
通过实现CAN总线控制器,实现远端CAN总线局域网指定节点的代理功能,从而实现增加CAN总线传输距离的功能指标;通过使用光模块,将电信号转换为光信号,在光纤中传输CAN总线数据,提高CAN总线扩展网络的抗干扰能力;通过在光纤数据收发器中,集成多路数据打包发送,数据解包分发功能,使该设计支持单根光纤支持多组CAN总线网络的扩展延伸。
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
附图1所示,本发明的一种基于光端机的CAN远距离通信系统,包括通过光纤连接的近端设备和远端设备,近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网。
近端设备和远端设备通过光纤连接,设备由光端机和CAN总线局域网组成;一个设备中可以有多个CAN总线局域网,光端机支持多个CAN总线局域网的信号传输扩展。该设计由近端光端机和远端光端机组成,近端和远端光端机配对使用,设计实现相同。主要是通过近端CAN控制器接收近端CAN总线局域网的数据,通过近端光纤数据收发器打包,依次通过光模块、光纤传输到远端光端机,再通过远端CAN控制器发送到远端CAN总线局域网。同理,远端CAN控制器接收远端CAN总线局域网的数据,通过远端光纤数据打包,依次通过光模块、光纤传输到近端,再通过近端CAN控制器发送到近端CAN总线。
该设计的核心为CAN总线光端机,CAN总线光端机包含CAN控制器、光纤数据收发器、光模块,其中CAN控制器和光纤数据收发器包含软件功能。
如图2所示,CAN控制器采用集成CAN接口的微控制器配合光耦隔离芯片和CAN收发器芯片实现硬件电路,负责监听当前CAN总线局域网的所有数据消息,根据转发策略,将需要转发的数据转发到光纤数据收发器;转发策略通过运行在微控制器上的软件实现,可以设计成局部ID映射模式和全部ID映射模式两种模式;
局部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中指定的CAN节点和远端CAN总线局域网通信,允许远端CAN总线局域网中指定的CAN节点和近端CAN总线局域网通信;局部ID映射模式通过ID映射表进行ID记录,软件收到CAN总线局域网的数据后,解析数据中的目的ID,通过查找目的ID是否在ID映射表中,判定本次收到的数据是否需要转发到光纤数据收发器,如果目的ID在ID映射表中则转发,如果不在则不转发;
全部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中所有的CAN节点和远端CAN总线局域网中所有的CAN节点通信,该模式中没有ID映射表,软件收到数据后直接转发给光纤数据收发器进行后续处理。
局部ID映射模式的意义在于:在近端和远端网络中建立通信子网,子网内的节点能相互通信,但不能和另外一个局域网的子网外的节点通信。如图3所示,如果采用局部ID映射,ID映射表中设置CAN节点2、CAN节点a的ID,通信子网的通信范围限制在节点2和节点a,近端局域网内的所有节点能相互通信,远端局域网内的所有节点能相互通信,节点1不能和远端局域网通信,节点b不能和近端局域网通信。
光纤数据收发器是光端机的核心模块,所有和对端光端机交互的数据通过光纤数据收发器打包统一处理进行收发,光纤数据收发器包含数据发送器和数据接收器,数据发送器和数据接收器均对外连接多个CAN控制器。
如图4所示,数据发送器包括数据发送模块,与数据发送模块相连的多个数据打包单元,每个数据打包单元分别连接FIFO和端口标签模块,FIFO通过串行口连接CAN控制器;
CAN控制器数据经过串行口进入FIFO缓存,当缓存的数据超过最大等待时间或者数据量大于数据打包最大帧长度时,触发数据打包动作,FIFO缓存的数据开始输出到数据打包单元,并通过端口标签模块填充端口标签信息和通信帧头帧尾校验信息;端口标签信息用于接收时将数据恢复到对应串行口;数据打包完成后送到数据发送模块,数据发送模块通过电信号接口将数据发送给光模块,光模块将数据发送到光纤传输到远端。
如图5所示,数据接收器包括数据接收单元、数据解包单元,与数据解包模块相连的多个FIFO,FIFO通过串行口连接CAN控制器;
光模块从光纤接收远端的光信号数据转换为电信号数据,数据接收单元负责接收光模块数据并将数据送到数据解包单元,数据解包单元从数据帧中提取端口标签信息,根据标签信息将数据投递到对应端口的FIFO,最后串行口单元再将FIFO中的数据发送到CAN控制器。
数据发送器和数据接收器都使用了FIFO,FIFO的作用是用来协调CAN控制器数据收发速度和光模块数据收发速度不相等的问题。在设计规划时,需要考虑到光端机所有的CAN控制器数据传输速度之和不能大于光纤有效传输带宽。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于光端机的CAN远距离通信系统,其特征在于,包括通过光纤连接的近端设备和远端设备,近端设备和远端设备均包括依次相连的光模块、光纤数据收发器、CAN控制器和CAN总线局域网;
所述CAN控制器采用集成CAN接口的微控制器配合光耦隔离芯片和CAN收发器芯片实现硬件电路,负责监听当前CAN总线局域网的所有数据消息,根据转发策略,将需要转发的数据转发到光纤数据收发器;转发策略包括局部ID映射模式和全部ID映射模式两种模式;
局部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中指定的CAN节点和远端CAN总线局域网通信,允许远端CAN总线局域网中指定的CAN节点和近端CAN总线局域网通信;局部ID映射模式通过ID映射表进行ID记录,软件收到CAN总线局域网的数据后,解析数据中的目的ID,通过查找目的ID是否在ID映射表中,判定本次收到的数据是否需要转发到光纤数据收发器,如果目的ID在ID映射表中则转发,如果不在则不转发;
全部ID映射模式允许近端CAN总线局域网中所有的CAN节点和远端CAN总线局域网中所有的CAN节点通信,该模式中没有ID映射表,软件收到数据后直接转发给光纤数据收发器进行后续处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于光端机的CAN远距离通信系统,其特征在于,所述光纤数据收发器包含数据发送器和数据接收器,数据发送器和数据接收器均对外连接多个CAN控制器。
3.根据权利要求2所述的一种基于光端机的CAN远距离通信系统,其特征在于,所述数据发送器包括数据发送模块,与数据发送模块相连的多个数据打包单元,每个数据打包单元分别连接FIFO和端口标签模块,FIFO通过串行口连接CAN控制器;
CAN控制器数据经过串行口进入FIFO缓存,当缓存的数据超过最大等待时间或者数据量大于数据打包最大帧长度时,触发数据打包动作,FIFO缓存的数据开始输出到数据打包单元,并通过端口标签模块填充端口标签信息和通信帧头帧尾校验信息;端口标签信息用于接收时将数据恢复到对应串行口;数据打包完成后送到数据发送模块,数据发送模块通过电信号接口将数据发送给光模块,光模块将数据发送到光纤传输到远端。
4.根据权利要求2所述的一种基于光端机的CAN远距离通信系统,其特征在于,所述数据接收器包括数据接收单元、数据解包单元,与数据解包模块相连的多个FIFO,FIFO通过串行口连接CAN控制器;
光模块从光纤接收远端的光信号数据转换为电信号数据,数据接收单元负责接收光模块数据并将数据送到数据解包单元,数据解包单元从数据帧中提取端口标签信息,根据标签信息将数据投递到对应端口的FIFO,最后串行口单元再将FIFO中的数据发送到CAN控制器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111515511.3A CN114039809B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种基于光端机的can远距离通信系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111515511.3A CN114039809B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种基于光端机的can远距离通信系统 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114039809A CN114039809A (zh) | 2022-02-11 |
CN114039809B true CN114039809B (zh) | 2024-07-23 |
Family
ID=80146684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111515511.3A Active CN114039809B (zh) | 2021-12-13 | 2021-12-13 | 一种基于光端机的can远距离通信系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114039809B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114826315B (zh) * | 2022-03-21 | 2023-11-28 | 深圳市三旺通信股份有限公司 | Can光猫设备的远距离传输方法、装置、设备与介质 |
CN115242307A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种无人机机载can光纤转换设备 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106508099B (zh) * | 2009-06-17 | 2014-05-14 | 上海电控研究所 | 车载高速光纤传输系统 |
CN216356761U (zh) * | 2021-12-13 | 2022-04-19 | 成都奥瑞科电子科技有限公司 | 一种基于光端机的can远距离通信系统 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9021098B1 (en) * | 2012-06-27 | 2015-04-28 | Juniper Networks, Inc. | Allocation of interface identifiers within network device having multiple forwarding components |
US9699001B2 (en) * | 2013-06-10 | 2017-07-04 | Brocade Communications Systems, Inc. | Scalable and segregated network virtualization |
CN204906398U (zh) * | 2015-09-21 | 2015-12-23 | 福建先创技术有限公司 | 一种用于专网系统的光纤射频拉远装置 |
US10615997B2 (en) * | 2015-10-05 | 2020-04-07 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | In-vehicle gateway device |
CN107395508B (zh) * | 2016-05-17 | 2020-04-14 | 华为技术有限公司 | 转发报文的方法和装置 |
CN108880686B (zh) * | 2018-07-14 | 2020-06-16 | 中天宽带技术有限公司 | 面向多应用pon的fpga收发器的单芯片onu |
CN110011919B (zh) * | 2019-03-27 | 2021-12-07 | 新华三技术有限公司 | 报文转发方法、装置、网络设备及存储介质 |
-
2021
- 2021-12-13 CN CN202111515511.3A patent/CN114039809B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106508099B (zh) * | 2009-06-17 | 2014-05-14 | 上海电控研究所 | 车载高速光纤传输系统 |
CN216356761U (zh) * | 2021-12-13 | 2022-04-19 | 成都奥瑞科电子科技有限公司 | 一种基于光端机的can远距离通信系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114039809A (zh) | 2022-02-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN114039809B (zh) | 一种基于光端机的can远距离通信系统 | |
KR920002900B1 (ko) | 통신회로망 장치 | |
CN210804041U (zh) | 多总线协议转换及数据采集系统 | |
CN102904786B (zh) | 一种光纤can总线节点单元及其can总线拓扑 | |
CN102263594B (zh) | 在光网络单元以rs232和rs485两种通讯模式实现信息交互的方法 | |
CN216356761U (zh) | 一种基于光端机的can远距离通信系统 | |
CN112260760B (zh) | 一种基于光环路的核电厂分布式控制系统现场总线系统 | |
CN111327508B (zh) | Fc-ae-1553与blvds总线桥接系统及方法 | |
CN101644766B (zh) | 一种自配置通用性拖曳线阵的数据传输节点 | |
CN105580322B (zh) | 接入网中家庭网络信号中继装置及使用其的接入网中家庭网络信号中继方法 | |
CN109729444B (zh) | Onu设备,pon-can总线架构,机器人系统 | |
CN201569740U (zh) | 一种自配置通用性拖曳线阵的数据传输节点 | |
CN216673008U (zh) | 一种带高带宽电力载波通讯方式的数据汇聚系统 | |
CN207801989U (zh) | 一种长距离工业以太网传输的交换机 | |
CN212677169U (zh) | Ethercat实时以太网信号光电转换器 | |
CN105827323A (zh) | 基于无源光网络的分布式环形光交换网络结构及实现方法 | |
CN107948101A (zh) | 一种长距离工业以太网传输的交换机和方法 | |
CN104753598A (zh) | 一种无源分光rs-485光纤总线通信方法 | |
CN108718294A (zh) | 适用于控制系统的通信方法及通信装置 | |
CN113347106A (zh) | 一种光电收发接口速度适配系统及方法 | |
CN208675242U (zh) | 一种以太网多光多电光纤收发器及应用其的通信系统 | |
CN202282835U (zh) | 数字视频无损中继复接器 | |
CN111145528A (zh) | 一种基于单路光纤的多源数据传输装置及方法 | |
CN202551047U (zh) | 专用网中以太网信号的传输系统 | |
CN216531349U (zh) | 基于fpga的can转光纤的装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |