專利名稱：一種用于控制器局域網(wǎng)絡(luò)的光纖雙環(huán)冗余控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)現(xiàn)場總線外圍設(shè)備領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)的光纖雙環(huán)冗余控制器。
背景技術(shù)：
控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network，以下簡稱CAN)是德國Bosch公司于1986年提出的一種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，并于1993年成為ISO11898國際標(biāo)準(zhǔn)，CAN在汽車、電力、機(jī)械、化工等工業(yè)控制領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，已成為工業(yè)數(shù)字通信的主流技術(shù)之一。
目前世界上絕大多數(shù)的CAN網(wǎng)絡(luò)都采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)。雙絞線具有價(jià)格低廉和較強(qiáng)的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn)。但在一些電磁干擾很強(qiáng)的場合，卻不能保證通信的可靠性，而且CAN的傳輸距離也受到傳輸速率的影響，傳輸速率越高，允許的傳輸距離越短。如果采用光纖來代替雙絞線，則可以提高CAN的抗電磁干擾能力，擴(kuò)展傳輸距離。
現(xiàn)有的CAN光纖網(wǎng)絡(luò)一般采用星型結(jié)構(gòu)，所有CAN節(jié)點(diǎn)通過光纖與一個(gè)星型耦合器相連，每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的光信號(hào)通過星型耦合器轉(zhuǎn)發(fā)到其它節(jié)點(diǎn)。這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是具有較小的信號(hào)延遲，結(jié)構(gòu)簡單。但當(dāng)星型耦合器發(fā)生故障時(shí)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰，星型結(jié)構(gòu)的另一缺點(diǎn)是不便于光纖布線。
為克服上述缺點(diǎn)，可以考慮采用環(huán)型結(jié)構(gòu)，但環(huán)型結(jié)構(gòu)的信號(hào)延遲較大，且單環(huán)結(jié)構(gòu)不夠可靠，需要采取雙環(huán)冗余結(jié)構(gòu)。而CAN為異步通信協(xié)議，不能使用在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中采用的雙環(huán)冗余策略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種用于控制器局域網(wǎng)絡(luò)的光纖雙環(huán)冗余控制器，使網(wǎng)絡(luò)在線路故障狀態(tài)下仍能保持正常通信，以大幅度提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性。
本發(fā)明提供的一種用于控制器局域網(wǎng)絡(luò)的光纖雙環(huán)冗余控制器，其特征在于該控制器包括主環(huán)信號(hào)選擇器、副環(huán)信號(hào)選擇器、主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器和時(shí)鐘發(fā)生器；主環(huán)信號(hào)選擇器的第一輸入端與主環(huán)光纖接收器相連，第二輸入端與副環(huán)光纖接收器相連，其輸出端與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器相連；副環(huán)信號(hào)選擇器的第一輸入端與副環(huán)光纖接收器相連，第二輸入端與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器相連，其輸出端與副環(huán)光纖發(fā)送器相連；主環(huán)信號(hào)選擇器和副環(huán)信號(hào)選擇器在缺省情況下，它們的第一輸入端信號(hào)被選通作為輸出端信號(hào)，當(dāng)在給定時(shí)間窗內(nèi)沒有檢測到第一輸入端的脈沖信號(hào)時(shí)，則第二輸入端信號(hào)被選通作為輸出端信號(hào)，當(dāng)?shù)谝惠斎攵擞钟忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，信號(hào)選擇器自動(dòng)把第一輸入端信號(hào)選通到輸出端，即第一輸入端的脈沖信號(hào)總能出現(xiàn)在信號(hào)選擇器的輸出端；在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生局部故障時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的主環(huán)信號(hào)選擇器和副環(huán)信號(hào)選擇器自動(dòng)組成工作環(huán)路，繞過故障段，當(dāng)故障排除時(shí)，又恢復(fù)原有的工作環(huán)路；主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器有二個(gè)輸入端與三個(gè)輸出端，其輸入端分別與CAN接口的輸出端和主環(huán)信號(hào)選擇器相連，其輸出端分別與CAN接口的輸入端、主環(huán)光纖發(fā)送器以及副環(huán)信號(hào)選擇器相連；用于實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)和光纖環(huán)路之間的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)；時(shí)鐘發(fā)生器分別與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器、主環(huán)信號(hào)選擇器和副環(huán)信號(hào)選擇器相連，提供它們工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。
上述主環(huán)信號(hào)選擇器與副環(huán)信號(hào)選擇器的結(jié)構(gòu)相同，均由定時(shí)器、選通控制器、選通器構(gòu)成；定時(shí)器的二個(gè)輸入端分別與時(shí)鐘發(fā)生器、主環(huán)光纖接收器相連接，其輸出端與選通控制器的輸入端相連，它每隔一給定時(shí)間在其輸出端產(chǎn)生一溢出脈沖信號(hào)；在其與主環(huán)光纖接收器相連的輸入端有脈沖信號(hào)時(shí)，定時(shí)器被復(fù)位；選通控制器通過檢測輸入端信號(hào)控制選通器的輸出，二個(gè)輸入端分別與定時(shí)器和主環(huán)光纖接收器相連接，其輸出端與選通器的一個(gè)輸入端相連接；其輸出端受其二個(gè)輸入端的控制而輸出高電平或低電平，當(dāng)?shù)谝惠斎攵擞忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，其輸出端輸出高電平，當(dāng)?shù)诙斎攵擞忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，其輸出端輸出低電平；選通器的三個(gè)輸入端分別與主環(huán)光纖接收器、副環(huán)光纖接收器及選通控制器相連接，其輸出端與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器相連接，用于實(shí)現(xiàn)在兩路輸出信號(hào)中選通一路作為輸出信號(hào)。
上述主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器包括兩個(gè)或門，兩個(gè)非門，以及兩個(gè)延時(shí)模塊、，CAN接口的發(fā)送端直接連接到主環(huán)光纖發(fā)送器，并連接到第一或門的輸入端，第一或門的輸入端連接到第二非門的輸出端，其輸出端連接到第一非門的輸入端，第一非門的輸出端連接到第一延時(shí)模塊的輸入端，第一延時(shí)模塊的輸入端連接到時(shí)鐘發(fā)生器，其輸出端連接到第二或門的輸入端，第二或門的輸入端連接到主環(huán)信號(hào)選擇器，輸出端連接到第二延時(shí)模塊的輸入端，第二延時(shí)模塊的另一輸入端連接到時(shí)鐘發(fā)生器，其輸出端連接到第二非門的輸入端，第二非門的輸出端輸出到第一或門的輸入端；延時(shí)模塊與或非門用于補(bǔ)償信號(hào)在光纖環(huán)路中的傳輸延遲，防止網(wǎng)絡(luò)死鎖。
本發(fā)明在物理層上實(shí)現(xiàn)介質(zhì)冗余，與CAN數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議完全獨(dú)立，對(duì)CAN節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用接口是完全透明的。由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，使得在節(jié)點(diǎn)或光纖發(fā)生故障時(shí)仍能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；同時(shí)，該方案完全在物理層上實(shí)現(xiàn)，方法簡便，具有良好的可實(shí)現(xiàn)性。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為CAN光纖雙環(huán)冗余網(wǎng)絡(luò)的示例圖。
圖3為主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為主環(huán)信號(hào)選擇器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
在圖1中，雙環(huán)冗余控制器1作為一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的收發(fā)部件，連接在CAN接口2、主環(huán)光纖接收器3、主環(huán)光纖發(fā)送器4、副環(huán)光纖發(fā)送器5和副環(huán)光纖接收器6之間。該雙環(huán)冗余控制器包括主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7、主環(huán)信號(hào)選擇器8、副環(huán)信號(hào)選擇器9和時(shí)鐘發(fā)生器10。
主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7的作用是實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)和光纖環(huán)路之間的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它通過該節(jié)點(diǎn)的CAN接口把數(shù)據(jù)幀信號(hào)發(fā)送給主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7，主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7把該信號(hào)發(fā)送到光纖環(huán)路上，光纖環(huán)路上的其它CAN節(jié)點(diǎn)從自身的主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器接收到該數(shù)據(jù)幀信號(hào)。當(dāng)該數(shù)據(jù)幀信號(hào)在光纖環(huán)路上傳遞一周又被發(fā)送節(jié)點(diǎn)的主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7收到時(shí)，主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7通過內(nèi)部的邏輯電路使其不再轉(zhuǎn)發(fā)給本節(jié)點(diǎn)的CAN接口和其它節(jié)點(diǎn)，以免造成網(wǎng)絡(luò)死鎖。
主環(huán)信號(hào)選擇器8和副環(huán)信號(hào)選擇器9的作用是動(dòng)態(tài)組成光纖工作環(huán)路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同，各有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。在缺省情況下，其第一輸入端信號(hào)被選通作為輸出端信號(hào)，當(dāng)在給定時(shí)間窗內(nèi)沒有檢測到第一輸入端的脈沖信號(hào)時(shí)，則第二輸入端信號(hào)被選通作為輸出端信號(hào)，當(dāng)?shù)谝惠斎攵擞钟忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，信號(hào)選擇器自動(dòng)把第一輸入端信號(hào)選通到輸出端，即第一輸入端的脈沖信號(hào)總能出現(xiàn)在信號(hào)選擇器的輸出端。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生局部故障時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的主環(huán)信號(hào)選擇器8和副環(huán)信號(hào)選擇器9能自動(dòng)組成工作環(huán)路，繞過故障段，當(dāng)故障排除時(shí)，又恢復(fù)原有的工作環(huán)路。
時(shí)鐘發(fā)生器10的作用是為主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7、主環(huán)信號(hào)選擇器8、副環(huán)信號(hào)選擇器9提供電路工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。
圖2給出了應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)CAN光纖雙環(huán)冗余網(wǎng)絡(luò)示例，該網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)A、B、C、D和光纖端a、b、c、d、e、f、g、h組成。其中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的主環(huán)光纖接收器(3A，3B，3C和3D)、主環(huán)光纖發(fā)送器(4A，4B，4C和4D)和光纖段a、b、c、d組成了網(wǎng)絡(luò)的主環(huán)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的副環(huán)光纖接收器(6A，6B，6C和6D)、副環(huán)光纖發(fā)送器(5A，5B，5C和5D)和光纖段e、f、g、h組成了網(wǎng)絡(luò)的副環(huán)。
在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，當(dāng)系統(tǒng)中CAN節(jié)點(diǎn)A要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它通過該節(jié)點(diǎn)CAN接口把數(shù)據(jù)幀信號(hào)發(fā)送給其主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，該主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器把該信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給其主環(huán)光纖發(fā)送器，并通過光纖傳送到光纖環(huán)路下一節(jié)點(diǎn)B的主環(huán)光纖接收器，由其主環(huán)光纖選擇器再把信號(hào)發(fā)送給該節(jié)點(diǎn)的主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，節(jié)點(diǎn)B的主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器把該信號(hào)傳送給節(jié)點(diǎn)B的CAN接口，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn)B的主環(huán)光纖發(fā)送器，該主環(huán)光纖發(fā)送器通過光纖把信號(hào)發(fā)送給光纖環(huán)路下一節(jié)點(diǎn)C的主環(huán)光纖接收器3C，以此類推，光纖環(huán)路中所有節(jié)點(diǎn)都收到該數(shù)據(jù)幀信號(hào)，并且又把信號(hào)傳送到節(jié)點(diǎn)A的主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器，節(jié)點(diǎn)A的主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器不再對(duì)該信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，以免網(wǎng)絡(luò)陷入死鎖狀態(tài)。綜上所述，在正常狀態(tài)下，網(wǎng)絡(luò)處于主環(huán)工作模式，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的主環(huán)光纖接收器、主環(huán)信號(hào)選擇器、主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器、主環(huán)光纖發(fā)送器和主環(huán)光纖構(gòu)成了工作環(huán)路。此時(shí)副環(huán)則處于備用狀態(tài)，副環(huán)信號(hào)選擇器9周期性地在主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7和副環(huán)光纖接收器6的輸出信號(hào)之間來回切換，選擇其中一路信號(hào)發(fā)送給副環(huán)光纖發(fā)送器5，由于副環(huán)上的信號(hào)不被轉(zhuǎn)發(fā)到CAN接口2上，因此不對(duì)工作環(huán)路造成影響。
假設(shè)在節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B之間的光纖a和e發(fā)生故障，節(jié)點(diǎn)A的副環(huán)光纖接收器6A在給定時(shí)間窗內(nèi)無法接收到信號(hào)，節(jié)點(diǎn)A的主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出被選通作為副環(huán)光纖發(fā)送器的輸入；節(jié)點(diǎn)B的主環(huán)光纖接收器3B在給定時(shí)間窗內(nèi)無法接收到信號(hào)，節(jié)點(diǎn)B的副環(huán)光纖接收器6B的輸出被選通作為主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入；與此同時(shí)，節(jié)點(diǎn)C、D的主環(huán)光纖接收器的輸出被選通作為主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的輸入，主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出被選通作為主環(huán)光纖發(fā)送器的輸入，副環(huán)光纖接收器的輸出被選通作為副環(huán)光纖發(fā)送器的輸入；這樣，一條新的光纖自愈環(huán)自動(dòng)生成，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)正常通信。當(dāng)A、B之間的故障排除后，網(wǎng)絡(luò)又恢復(fù)到主環(huán)工作模式。
圖3給出了主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7的結(jié)構(gòu)，該主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器包括兩個(gè)或門11、14，兩個(gè)非門12、16，以及兩個(gè)延時(shí)模塊13、15。延時(shí)模塊13、15包括一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端、時(shí)鐘端和一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，時(shí)鐘端接時(shí)鐘發(fā)生器10，其功能為當(dāng)數(shù)據(jù)輸入端信號(hào)從高電平信號(hào)跳變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)時(shí)，其數(shù)據(jù)輸出端延遲一段時(shí)間才跳變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)，在其它情況下，其數(shù)據(jù)輸出端信號(hào)與數(shù)據(jù)輸入端一致。該模塊可用計(jì)數(shù)器和JK觸發(fā)器電路實(shí)現(xiàn)。
CAN接口的發(fā)送端直接連接到主環(huán)光纖發(fā)送器4，并連接到第一或門11的輸入端，第一或門11的輸入端連接到第二非門16的輸出端，其輸出端連接到第一非門12的輸入端，第一非門12的輸出端連接到第一延時(shí)模塊13的輸入端，第一延時(shí)模塊的輸入端連接到時(shí)鐘發(fā)生器10，其輸出端連接到第二或門14的輸入端，第二或門14的輸入端連接到主環(huán)信號(hào)選擇器8，輸出端連接到第二延時(shí)模塊15的輸入端，第二延時(shí)模塊15的另一輸入端連接到時(shí)鐘發(fā)生器10，其輸出端連接到第二非門16的輸入端，第二非門16的輸出端輸出到第一或門11的輸入端。
CAN總線的數(shù)據(jù)幀采用非歸零編碼，一個(gè)數(shù)據(jù)位的電平要么是顯性電平，要么是隱性電平，在總線空閑時(shí)，處于隱性電平。在所有器件都沒有傳輸延遲的理想情況下，只要把CAN接口2的發(fā)送端和接收端分別與光纖發(fā)送器、光纖接收器相連，就能使一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀能被光纖環(huán)路上的其它節(jié)點(diǎn)正確接收到。但在實(shí)際情況下，光纖環(huán)路傳輸存在延遲，一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)出的顯性位信號(hào)經(jīng)過一段延遲后通過環(huán)路又被發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到，如果發(fā)送節(jié)點(diǎn)繼續(xù)對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，CAN總線上的所有節(jié)點(diǎn)將都被鎖定在顯性位而無法繼續(xù)傳輸信號(hào)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7正是為了克服上述問題而設(shè)計(jì)的，其基本方法是當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)顯性電平時(shí)，關(guān)閉其接收回路，在發(fā)送完顯性位并延遲一段時(shí)間后重新打開接收電路。該延遲時(shí)間Td根據(jù)光纖環(huán)路延遲時(shí)間設(shè)定。
在本發(fā)明中，CAN總線的顯性電平對(duì)應(yīng)TTL低電平，隱性電平對(duì)應(yīng)TTL高電平。設(shè)CAN節(jié)點(diǎn)在T0時(shí)刻發(fā)送一低電平信號(hào)，該低電平信號(hào)持續(xù)時(shí)間為Tb，光纖環(huán)路延遲時(shí)間為Td，在實(shí)際情況中，Td遠(yuǎn)小于Tb。主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7要保證從T0時(shí)刻到T0+Tb+Td時(shí)刻，CAN接口2的接收端始終是高電平。
在T0時(shí)刻，CAN接口2的發(fā)送端為低電平，接收端為高電平，發(fā)送端信號(hào)被輸出到主環(huán)光纖發(fā)送器4并發(fā)送給下一節(jié)點(diǎn)，此時(shí)或門11的兩個(gè)輸入端都為低電平，其輸出端也為低電平，該信號(hào)通過非門12變?yōu)楦唠娖?，再?jīng)過延時(shí)模塊13輸出到或門14的第一輸出端，使得或門14的輸出端為高電平，由于或門14的輸出端與CAN接口2的接收端直接相連，因此CAN接口2的接收端保持為高電平。
在T0+Td時(shí)刻，CAN接口2發(fā)送的低電平信號(hào)在光纖環(huán)路傳輸一周后又由主環(huán)信號(hào)選擇器8輸出到或門14的第二輸入端。但由于或門14的第一輸入端為高電平，其輸出端仍為高電平，因此CAN接口2的接收端仍保持為高電平。
在T0+Tb時(shí)刻，CAN接口2的發(fā)送端由低電平變?yōu)楦唠娖?，由于傳輸延遲的存在，主環(huán)信號(hào)選擇器8的輸出要經(jīng)過Td時(shí)間后才能由低電平變?yōu)楦唠娖?。此時(shí)非門12的輸出變?yōu)榈碗娖剑捎谘訒r(shí)模塊13的作用，延時(shí)模塊13的輸出端在經(jīng)過Td時(shí)間后才變?yōu)榈碗娖剑蜷T14的第一輸入端為高電平，第二輸入端為低電平，輸出端為高電平，CAN接口2的接收端仍保持為高電平。
在T0+Tb+Td時(shí)刻，傳輸主環(huán)信號(hào)選擇器8的輸出變?yōu)楦唠娖?，延時(shí)模塊13的輸出端變?yōu)榈碗娖?，或門14的第一輸入端為低電平，第二輸入端為高電平，輸出端為高電平，CAN接口2的接收端仍保持為高電平。CAN接口2發(fā)送的低電平信號(hào)已被其它節(jié)點(diǎn)收到，同時(shí)由于CAN接口2的接收端一直保持為高電平，該低電平信號(hào)在光纖環(huán)路上傳輸一周后沒有繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)下去造成網(wǎng)絡(luò)死鎖。
而當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)沒有發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，或門14的第一輸入端保持為低電平，因此來自主環(huán)信號(hào)選擇器8的信號(hào)可以通過或門14輸出到CAN接口2的接收端，CAN接口2自動(dòng)把其中的顯性電平信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到其發(fā)送端，并通過主環(huán)光纖發(fā)送器4發(fā)送到下一節(jié)點(diǎn)，其中延時(shí)模塊15用于補(bǔ)償傳輸延遲，參數(shù)與作用與延時(shí)模塊13相同。
圖4給出了主環(huán)信號(hào)選擇器8的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主環(huán)信號(hào)選擇器8連接在主環(huán)光纖接收器3、副環(huán)光纖接收器6、主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7、時(shí)鐘發(fā)生器10之間，包括定時(shí)器17、選通控制器18、選通器19。
定時(shí)器17的輸入端與時(shí)鐘發(fā)生器10相連接，另一輸入端與主環(huán)光纖接收器3相連接，其輸出端與選通控制器18的輸入端相連。當(dāng)定時(shí)器17每隔一給定時(shí)間在其輸出端產(chǎn)生一溢出脈沖信號(hào)。其與主環(huán)光纖接收器3相連的輸入端有脈沖信號(hào)時(shí)，定時(shí)器17被復(fù)位。定時(shí)器17可用計(jì)數(shù)器電路實(shí)現(xiàn)。
選通控制器18通過檢測輸入端信號(hào)控制選通器19的輸出，第一輸入端與定時(shí)器17的輸出端相連接，第二輸入端與主環(huán)光纖接收器3相連接，其輸出端與選通器19的第三輸入端相連接。其輸出端受其二個(gè)輸入端的控制而輸出高電平或低電平，當(dāng)?shù)谝惠斎攵擞忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，其輸出端輸出高電平，當(dāng)?shù)诙斎攵擞忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，其輸出端輸出低電平，系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證了二個(gè)輸入端不會(huì)同時(shí)產(chǎn)生脈沖信號(hào)。選通控制器18可用D觸發(fā)器電路實(shí)現(xiàn)，第一輸入端即定時(shí)器17的輸出端接到D觸發(fā)器的清零端，第二輸入端經(jīng)過非門后接到D觸發(fā)器的時(shí)鐘端，D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)端D直接接高電平，D觸發(fā)器的輸出端作為選通控制器18的輸出端。
選通器19用于實(shí)現(xiàn)在兩路輸出信號(hào)中選通一路作為輸出信號(hào)，其第一輸入端與主環(huán)光纖接收器3相連接、第二輸入端與副環(huán)光纖接收器6相連接，第三輸入端與選通控制器18的輸出端相連接，其輸出端與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7相連接。第三輸入端為選通控制段，當(dāng)其為低電平時(shí)第一輸入端的信號(hào)被選通輸出到與主環(huán)光纖接收器3相連的第一輸出端，當(dāng)其為高電平時(shí)第二輸入端的信號(hào)被選通輸出到與副環(huán)光纖接收器6相連的第二輸出端。選通器19可以用2選1數(shù)據(jù)選擇器電路如74HCT257或可編程器件實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)主環(huán)光纖接收器3有信號(hào)輸出時(shí)，該信號(hào)通過選通控制器18的輸出端選通主環(huán)光纖接收器3信號(hào)作為選通器19的輸出信號(hào)，同時(shí)，該信號(hào)對(duì)定時(shí)器17清零，當(dāng)在給定時(shí)間窗內(nèi)未檢測到主環(huán)光纖接收器6的輸出信號(hào)，定時(shí)器17的輸出端產(chǎn)生溢出信號(hào)，該信號(hào)通過選通控制器18的輸出端選通副環(huán)光纖接收器6信號(hào)作為選通器19的輸出信號(hào)。
選通控制器18和選通器19可以用分立數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)，也可以在一片可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)。
副環(huán)信號(hào)選擇器9，連接在副環(huán)光纖接收器6、主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器7、副環(huán)光纖發(fā)送器5、時(shí)鐘發(fā)生器10之間，副環(huán)信號(hào)選擇器9的結(jié)構(gòu)與功能與主環(huán)信號(hào)選擇器類同。
上述敘述給出了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
，其邏輯的實(shí)現(xiàn)可以有多種方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的實(shí)現(xiàn)方式。
權(quán)利要求
1.一種用于控制器局域網(wǎng)絡(luò)的光纖雙環(huán)冗余控制器，它作為一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的收發(fā)部件，連接在CAN接口、主環(huán)光纖接收器、主環(huán)光纖發(fā)送器、副環(huán)光纖發(fā)送器和副環(huán)光纖接收器之間，包括主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器、主環(huán)信號(hào)選擇器、副環(huán)信號(hào)選擇器和時(shí)鐘發(fā)生器。主環(huán)信號(hào)選擇器(8)的第一輸入端與主環(huán)光纖接收器(3)相連，第二輸入端與副環(huán)光纖接收器(6)相連，其輸出端與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(7)相連；副環(huán)信號(hào)選擇器(9)的第一輸入端與副環(huán)光纖接收器(6)相連，第二輸入端與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(7)相連，其輸出端與副環(huán)光纖發(fā)送器(5)相連；主環(huán)信號(hào)選擇器(8)和副環(huán)信號(hào)選擇器(9)在缺省情況下，它們的第一輸入端信號(hào)被選通作為輸出端信號(hào)，當(dāng)在給定時(shí)間窗內(nèi)沒有檢測到第一輸入端的脈沖信號(hào)時(shí)，則第二輸入端信號(hào)被選通作為輸出端信號(hào)，當(dāng)?shù)谝惠斎攵擞钟忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，信號(hào)選擇器自動(dòng)把第一輸入端信號(hào)選通到輸出端，即第一輸入端的脈沖信號(hào)總能出現(xiàn)在信號(hào)選擇器的輸出端；在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生局部故障時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的主環(huán)信號(hào)選擇器(8)和副環(huán)信號(hào)選擇器(9)自動(dòng)組成工作環(huán)路，繞過故障段，當(dāng)故障排除時(shí)，又恢復(fù)原有的工作環(huán)路；主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(7)有二個(gè)輸入端與三個(gè)輸出端，其輸入端分別與CAN接口(2)的輸出端和主環(huán)信號(hào)選擇器(8)相連，其輸出端分別與CAN接口(2)的輸入端、主環(huán)光纖發(fā)送器(4)以及副環(huán)信號(hào)選擇器(9)相連；用于實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)和光纖環(huán)路之間的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)；時(shí)鐘發(fā)生器(10)分別與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(7)、主環(huán)信號(hào)選擇器(8)和副環(huán)信號(hào)選擇器(9)相連，提供它們工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于所述主環(huán)信號(hào)選擇器(8)與副環(huán)信號(hào)選擇器(9)的結(jié)構(gòu)相同，均由定時(shí)器17、選通控制器18、選通器19構(gòu)成；定時(shí)器(17)的二個(gè)輸入端分別與時(shí)鐘發(fā)生器(10)、主環(huán)光纖接收器(3)相連接，其輸出端與選通控制器(18)的輸入端相連，它每隔一給定時(shí)間在其輸出端產(chǎn)生一溢出脈沖信號(hào)；在其與主環(huán)光纖接收器(3)相連的輸入端有脈沖信號(hào)時(shí)，定時(shí)器(17)被復(fù)位；選通控制器(18)通過檢測輸入端信號(hào)控制選通器(19)的輸出，二個(gè)輸入端分別與定時(shí)器(17)和主環(huán)光纖接收器(3)相連接，其輸出端與選通器(19)的一個(gè)輸入端相連接；其輸出端受其二個(gè)輸入端的控制而輸出高電平或低電平，當(dāng)?shù)谝惠斎攵擞忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，其輸出端輸出高電平，當(dāng)?shù)诙斎攵擞忻}沖信號(hào)輸入時(shí)，其輸出端輸出低電平；選通器(19)的三個(gè)輸入端分別與主環(huán)光纖接收器(3)、副環(huán)光纖接收器(6)及選通控制器(18)相連接，其輸出端與主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(7)相連接，用于實(shí)現(xiàn)在兩路輸出信號(hào)中選通一路作為輸出信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制器，其特征在于主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器(7)包括兩個(gè)或門(11、14)，兩個(gè)非門(12、16)，以及兩個(gè)延時(shí)模塊(13、15)，CAN接口的發(fā)送端直接連接到主環(huán)光纖發(fā)送器(4)，并連接到第一或門(11)的輸入端，第一或門(11)的輸入端連接到第二非門(16)的輸出端，其輸出端連接到第一非門(12)的輸入端，第一非門(12)的輸出端連接到第一延時(shí)模塊(13)的輸入端，第一延時(shí)模塊(13)的輸入端連接到時(shí)鐘發(fā)生器(10)，其輸出端連接到第二或門(14)的輸入端，第二或門(14)的輸入端連接到主環(huán)信號(hào)選擇器(8)，輸出端連接到第二延時(shí)模塊(15)的輸入端，第二延時(shí)模塊(15)的另一輸入端連接到時(shí)鐘發(fā)生器(10)，其輸出端連接到第二非門(16)的輸入端，第二非門(16)的輸出端輸出到第一或門(11)的輸入端；延時(shí)模塊與或非門用于補(bǔ)償信號(hào)在光纖環(huán)路中的傳輸延遲，防止網(wǎng)絡(luò)死鎖。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于控制器局域網(wǎng)絡(luò)的光纖雙環(huán)冗余控制器，包括主環(huán)信號(hào)選擇器、副環(huán)信號(hào)選擇器、主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器和時(shí)鐘發(fā)生器?？刂破髯鳛镃AN節(jié)點(diǎn)的收發(fā)部件，連接在CAN接口、主副環(huán)光纖接收器、主副環(huán)光纖發(fā)送器之間。主環(huán)信號(hào)選擇器、副環(huán)信號(hào)選擇器的作用是動(dòng)態(tài)組成光纖工作環(huán)路，主環(huán)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器用于實(shí)現(xiàn)CAN節(jié)點(diǎn)和光纖環(huán)路之間的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，時(shí)鐘發(fā)生器提供電路工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。本發(fā)明在物理層上實(shí)現(xiàn)介質(zhì)冗余，與CAN數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議完全獨(dú)立，對(duì)CAN節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用接口是完全透明的。本發(fā)明在節(jié)點(diǎn)或光纖發(fā)生故障時(shí)仍能保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性；同時(shí)，該方案完全在物理層上實(shí)現(xiàn)，方法簡便，具有良好的可實(shí)現(xiàn)性。
文檔編號(hào)H04L12/42GK1558617SQ20041001266
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月14日
發(fā)明者謝經(jīng)明, 陳幼平, 陳冰, 周祖德, 陳少卿, 艾武, 余文勇 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)