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CAN總線是德國BOSCH公司在上世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。由于CAN總線的高可靠性和獨特的設計，目前在電力系統(tǒng)、移動設備、醫(yī)療和測試儀器中得到廣泛應用，被公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一【1】。1993年11月國際標準化組織（ISO）正式頒布了高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國際標準ISO11898[2]，為CAN總線標準化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。
1 CAN總線在數(shù)字保護系統(tǒng)中應用的可行性分析
CAN總線是一種多主總線，即每個節(jié)點機均可成為主機，且節(jié)點機之間也可進行通信，總線上各個節(jié)點共享通信介質(zhì)，因此必須解決各節(jié)點競爭使用總線而引起的沖突問題。CAN總線采用了一種獨特的基于報文靜態(tài)優(yōu)先級的非破壞性帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問（Nondestructive CSMA/CD）總線仲裁技術[3]。
報文的頭部識別符定義一個靜態(tài)的報文優(yōu)先級。只要總線空閑，任何節(jié)點都可以開始發(fā)送報文。如果2個或2個以上的節(jié)點同時開始傳送報文，此時就會出現(xiàn)總線訪問沖突。通過識別符的按位仲裁可以解決這個沖突。仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被偵聽的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個節(jié)點可以繼續(xù)發(fā)送；如果不同，退出發(fā)送。
CAN總線上電平用“顯性”（邏輯“0”）和“隱性”（邏輯“1”）來表示，當同時出現(xiàn)“顯性”和“隱性”時，其結(jié)果是總線電平呈“顯性”。如果節(jié)點1發(fā)送的是“隱性”電平而節(jié)點2發(fā)送的是“顯性”電平，兩節(jié)點偵聽到的總線電平則是“顯性”，這樣節(jié)點1就失去了仲裁，必須退出發(fā)送狀態(tài)，而節(jié)點2贏得仲裁可以繼續(xù)不受影響地發(fā)送報文。CAN總線這種非破壞性總線仲裁機制確保了報文和時間均不損失。
除了上述非破壞性總線仲裁機制的特點，CAN總線還具有如下顯著的特點[4]：
① CAN總線具有完善的錯誤處理機制，包括偵聽、CRC校驗、位填充技術、幀格式檢查等以及一些相應的準則。CAN總線上，任何檢測到錯誤的節(jié)點都會發(fā)出一串稱為“錯誤標志”的位流，標記出已損壞的報文。此報文會失效并將自動地開始重新傳送。 因此，它的可靠性很高。
② 數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié),不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。如MCP2510 CAN控制器的串行速率為1M，最長報文發(fā)送時延為64µs(8×8/1=64)。但這同時也反映了其不適于傳輸長報文的局限性。
考慮到數(shù)字繼電保護系統(tǒng)中的開關量信號，包括斷路器位置狀態(tài)信號、保護投入信號、分合閘與報警信號等，都是幾個字節(jié)的小數(shù)據(jù)量信息，但是對實時性和可靠性要求很高，在保護系統(tǒng)中應用CAN總線傳輸開關量信號，可以充分發(fā)揮CAN總線的技術優(yōu)勢。
2 DSP的McBSP與CAN控制器接口的設計
CAN總線通信模塊由MICROCHIP公司的CAN總線控制器MCP2510[5]和TI公司CAN總線收發(fā)器SN65HVD232[6]組成，如圖1所示。MCP2510是帶SPI接口的CAN控制器，與CAN2.0A/B協(xié)議兼容，支持CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.0B的被動/主動版本協(xié)議，實現(xiàn)CAN總線的邏輯鏈路控制和介質(zhì)訪問控制，能夠發(fā)送、接收標準和擴展報文，位速率可達1Mbps，它還具有驗收過濾和消息管理的功能，包括3個發(fā)送緩沖器和2個接收緩沖器，減少了微控制器（MCU）管理的負擔。SN65HVD232是CAN協(xié)議控制器和物理總線的驅(qū)動接口，為總線提供不同的發(fā)送能力和對CAN控制器提供不同的接收能力，與ISO11898標準兼容。
圖1 CAN通信的硬件電路
本文選用TI公司高性能C54系列的DSP作為控制核心，型號為TMS320VC5410A，工作主頻160MHz。TMS320VC5410A提供高速、雙向、多通道帶緩沖串行接口McBSP與MCP2510的SPI（工業(yè)標準串行外圍接口）接口，兩者連接關系如圖2所示。
圖2 DSP的McBSP與MCP251連接關系
