CAN拓扑 – 从总线拓扑到树形拓扑等

22 7月 2024
Ixxat
CAN网络的演进通过使用先进的拓扑、中继器、网桥和网关来提高效率,从而改善距离、速度和集成度。

经典总线/线路拓扑

控制器局域网(CAN)高速标准将CAN拓扑结构指定为一条简单的总线(线路),信号线为CAN-高电平和CAN-低电平,两端端接一个120欧姆终端电阻。  
在 1 Mbps 的最大可能比特率下,可以实现 40 m 的最大线路长度。如果可能,应避免使用短线,因为信号反射也会影响信号质量。但是,对于参与者的连接,这些可以容忍的最大长度为 30 厘米。 

 

Classic bus/line topology

CAN总线的基本设计,具有CAN-High(CAN_H)和CAN-Low信号线(CAN_L)以及两端的终端。 

 

由于总线拓扑结构,根据空间情况,可以快速达到长线长度。以下示例显示了一个 CAN 总线系统,由于总线环路到所有参与者,因此总线长度达到 330 米。 在此长度的系统上,最大比特率为 125 kbps。 

 

Conventional wiring of the CAN participants according to the bus/line topology

根据总线/线路拓扑对CAN参与者进行常规布线

 

由于树形/星形拓扑结构,灵活性更高

中继器可用于扩展简单的CAN线路拓扑结构,并实现最佳适应地理框架条件的树形/星形拓扑结构。中继器在两个相同的总线系统之间提供物理耦合。它用于重新生成信号并将它们透明地传递到相应的其他段。因此,中继器将总线分成两个物理上相互独立的段。从信令的角度来看,它对应于一条长度等于其延迟时间的线路。 

由于中继器的巧妙布置和以这种方式实现的最佳线路路由,可以减少总线系统的相关长度,即最远的参与者之间的距离。在以下示例中,在考虑中继器产生的信号延迟(对应于 50 m 的线路长度)时,参与者之间的最远距离为 170 m。因此,使用中继器大大缩短了线路长度,这意味着系统可以以高达250 kbps的比特率运行,从而提高信号质量。 

 

System optimization by using CAN repeaters

使用CAN中继器 进行系统优化

 

通过网桥和网关实现最大的灵活性

CAN网桥 具有存储功能,并以独立的延时传输方式转发报文或部分报文(存储转发原则)。它们与中继器的不同之处在于保存和转发消息或消息的一部分,其中中继器将电信号传输到另一段。

例如,集成过滤器功能允许 通过仅将消息从一个网段转发到另一个网段来组织网络结构,这是它感兴趣的。例如,这可以减少段的总线负载。 

系统范围可以很容易地扩展,因为使用桥接可以将CAN网络划分为两个在信令方面相互独立的系统。 

CAN网关 可用于将不同协议的网络相互连接。网关应用程序接管了协议数据单元的转换 ,并将其转换为相应的其他通信系统。进行协议转换的协议级别由网关标识。 

使用网关既可以将基于CAN的系统与其他现场总线耦合,也可以通过透明的TCP/IP隧道将两个基于CAN的系统耦合。通过这种方式,远距离的CAN系统可以相互耦合,或者可以将不同的现场总线相互连接,以便将它们连接到更高级别的控制系统。

 

Using a CAN bridge to connect a CAN segment

使用CAN网桥连接比特率较低的CAN网段,以及通过CAN-以太网/CAN网关连接到远距离CAN系统,并通过TCP/IP进行透明数据传输。 

 

总结

从传统的CAN总线/线路拓扑结构发展到先进的树形/星形拓扑结构,以及中继器、网桥和网关等技术的使用,是CAN网络设计和功能的重大演变。这使得桥接更长的距离成为可能,实现更高的数据传输速率,并促进不同通信系统的集成。这显著提高了基于CAN的系统在不同应用领域的效率、可靠性和适应性。