天線交換柜系統網絡性能的測試評估

CAN總線是德國BOSCH公司在上世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發(fā)的一種串行數據通信協議。由于CAN總線的高可靠性和獨特的設計，目前在電力系統、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（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。

1CAN總線在數字保護系統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，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“顯性”和“隱性”時，其結果是總線電平呈“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 數據段長度最多為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。
考慮到數字繼電保護系統中的開關量信號，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)的小數據量信息，但是對實時性和可靠性要求很高，在保護系統中應用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協議兼容，支持CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.0B的被動/主動版本協議，實現CAN總線的邏輯鏈路控制和介質訪問控制，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協議控制器和物理總線的驅動接口，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。

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。

McBSP功能強大，結構復雜，要實現二者的通信，關鍵要對McBSP的各寄存器進行合理配置，包括主從方式選擇，時鐘信號、幀同步信號的產生，數據收發(fā)的沿邊選擇，時序配合等，下面分別加以論述。
時鐘與幀同步信號的連接關系表明McBSP工作在主（Master）方式，MCP2510 工作在從（Slave）方式。McBSP的發(fā)送時鐘由DSP內部采樣率發(fā)生器產生（發(fā)送時鐘模式位CLKXM=1），采樣率發(fā)生器時鐘由DSP內部時鐘產生(采樣率發(fā)生器時鐘模式位CLKSM=1)，McBSP的接收時鐘由發(fā)送時鐘驅動(接收時鐘模式位CLKRM=0)，MCP2510的時鐘由McBSP給出，總之，所有的時鐘源頭是DSP的內部時鐘;同時，發(fā)送幀同步信號FSX由McBSP內部寄存器DXR向XSR的數據拷貝動作產生（發(fā)送幀同步模式位FSXM=1,采樣率發(fā)生器發(fā)送幀同步模式位FSGM=0），接收幀同步信號由發(fā)送幀同步信號驅動（接收幀同步模式位FSRM=0）。
根據如圖3所示的內部連接圖中時鐘和同步信號流程分析，McBSP內部時鐘信號(Internal CLKX、Internal CLKR)、幀同步信號（Internal FSX、Internal FSR)與MCP2510的時鐘信號、片選信號同步產生與停止。McBSP內部發(fā)送幀同步信號Internal FSX是從低電平跳到高電平，而與之相連的MCP2510片選信號是高電平跳到低電平有效，相位相反，故McBSP內部寄存器的發(fā)送幀同步信號極性位FSXP=1，而McBSP內部幀同步信號Internal FSR與Internal FSX必須一致，故Internal FSR也必須和MCP2510片選信號反相，接收幀同步信號極性位FSRP=1。

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