工业现场CAN总线技术在航天领域的应用

　　1 引言

　　can总线是由德国bosch公司为现实汽车测量和执行部件之间的数据通讯而设计的、支持分布式控制及实时控制的串行通讯网络。can总线通讯的波特率可高达1mbps，最远距离可达 10km;can总线通讯采用短帧结构，数据传输的时间短，受干扰的几率低;can总线协议有良好的检错措施，可靠性较高;can总线通讯对于传送帧可以设定不同的优先级，通过总线仲裁机制使高优先级的信息能够被优先及时传送，增加了can总线通讯的实时性;can总线的完善可靠的通信协议主要由接口器件完成，降低了软件开发的难度。此外，can总线网络中的每节点对应一个地址，理论上基于can总线的网络上可以添加删除任一节点，通讯方式可以为点对点的通讯也可以为广播方式，可以为单主方式也可以是多主方式，因此can总线通讯有相当的灵活性。

　　can总线开始主要应用于自动化电子领域的汽车发动机部件、传感器、抗滑系统等应用中，但随着can的应用普及，其应用范围已不局限于汽车行业，正在向过程控制、机械、纺织等行业发展，应用领域从高速网络到低成本的多线网络。而且can总线的实时性以及抗干扰能力强等优点也逐步为航天领域所认可。1995年sstl(surrey大学卫星技术公司)将 can作为星载遥测/遥控信道，随之sstl开发了基于can的分布式解决方案。至今sstl已经在uosat-12，snap-1，aisat- 1，ukdmc，nigeriasat-1，bilsat-1 等6颗leo卫星中应用了can总线网络，用于实现星载计算机与其他任务节点之间的通信;esa在smart-1上也将can作为系统总线和有效载荷总线，实现数据交换和控制命令的传送。在国内，can总线技术在小卫星中也得到了实际的应用。

　　本文在分析can总线航天应用的基础上，从硬件原理设计、cpu与can总线接口实现以及can总线通信软件设计等方面进行了论述。

　　表1 can总线故障及其影响分析

　　2 can总线工作原理

　　can总线的多主站工作方式的发送原理采用“载波侦听多路访问/冲突检测”(csma/cd:carrier sense multiple access with collision detect)技术实现。利用csma访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。利用这种方法，可以允许多个节点挂接到同一网络上。当检测到一个冲突位时，所有节点重新回到‘监听’总线状态，直到该冲突时间过后，才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发送延时，可利用csma/cd方式访问总线。当总线上有两个节点同时进行发送时，通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的报文优先发送。在can总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数id。can总线状态取决于二进制数‘0’而不是‘1’，所以id号越小，该报文拥有越高的优先权。