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中繼�
閱讀�25150時間�2010-09-26 11:28:13

  中繼�(REPEATER)中繼器是�(wǎng)�(luò)物理�上面的連接�(shè)�。適用于完全相同的兩類網(wǎng)�(luò)的互連,主要功能是通過對數(shù)�(jù)信號的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)�(fā),來擴大�(wǎng)�(luò)傳輸?shù)木嚯x� 中繼器是對信號進行再生和還原的�(wǎng)�(luò)�(shè)� OSI 模型的物理層�(shè)��

作用

  中繼器(Repeater)工作于OSI的物理層,是局域網(wǎng)上所有節(jié)點的中心,它的作用是放大信號,補償信號衰�,支持遠距離的通信�

工作原理

  中繼器是一個小�(fā)明,它設(shè)計的目的是給你的�(wǎng)�(luò)信號以推�,以使它們傳�?shù)酶h�

  由于傳輸線路噪聲的影�,承載信息的�(shù)字信號或模擬信號只能傳輸有限的距�,中繼器的功能是對接收信號進行再生和發(fā)�,從而增加信號傳�?shù)木嚯x。它是最[1]簡單的網(wǎng)�(luò)互連設(shè)�,連接同一個網(wǎng)�(luò)的兩個或多個網(wǎng)�。如以太�(wǎng)常常利用中繼器擴展總線的電纜長度,標準細纜以太網(wǎng)的每段長�185米,最多可�5�,因此增加中繼器�,網(wǎng)�(luò)電纜長度則可提高�925�。一般來�,中繼器兩端的網(wǎng)�(luò)部分是網(wǎng)�,而不是子�(wǎng)�

  中繼器可以連接兩局域網(wǎng)的電�,重新定時并再生電纜上的�(shù)字信�,然后發(fā)送出� ,這些功能是OSI模型中層--物理層的典型功能。中繼器的作用是增加局域網(wǎng)的覆蓋區(qū)�,[2]例如,以太網(wǎng)標準�(guī)定單段信號傳輸電纜的長度�500�,但利用中繼器連接4段電纜后,以太網(wǎng)中信號傳輸電纜最長可�2000�。有些品牌的中繼器可以連接不同物理介質(zhì)的電纜段,如細同軸電纜和光纜�

  中繼器只將任何電纜段上的�(shù)�(jù)�(fā)送到另一段電纜上,并不管�(shù)�(jù)中是否有錯誤�(shù)�(jù)或不適于�(wǎng)段的�(shù)�(jù)�

�(yōu)�

  (1)過濾通信量中繼器接收一個子�(wǎng)的報�,只有當報文是發(fā)送給中繼器所連的另一個子�(wǎng)�,中繼器才轉(zhuǎn)�(fā),否則不�(zhuǎn)�(fā)�

  (2)擴大了通信距離,但代價是增加了一些存儲轉(zhuǎn)�(fā)延時�

  (3)增加了節(jié)點的�(shù)��

  (4)各個網(wǎng)段可使用不同的通信速率�

  (5)提高了可靠�。當�(wǎng)�(luò)出現(xiàn)故障�,一般只影響個別�(wǎng)段�

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  當然,使用中繼器也有一定的缺點,例如:

 ?。ǎ保┯捎谥欣^器對接收的幀要先存儲后轉(zhuǎn)�(fā),增加了延時�

 ?。ǎ玻茫粒慰偩€的MAC子層并沒有流量控制功能。當�(wǎng)�(luò)上的負荷很重�,可能因中繼器中緩沖區(qū)的存儲空間不夠而發(fā)生溢�,以致產(chǎn)生幀丟失的現(xiàn)象�

 ?。ǎ常┲欣^器若出現(xiàn)故障,對相鄰兩個子�(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響�

CAN�(shè)計及其應(yīng)�

 ?。茫粒慰偩€是Bosch公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用而推出的一種總線,與一般的通信總線相比,CAN總線的數(shù)�(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活�。CAN 總線�(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)�(xiàn)場控制、小區(qū)安防、環(huán)境監(jiān)控等眾多�(lǐng)域中。CAN總線為多主方式工作,�(wǎng)�(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向�(wǎng)�(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主�,通信方式靈活,且無需站地址等節(jié)點信��

 ?。茫粒沃欣^器是CAN總線系�(tǒng)組網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,在稍大型的CAN總線系�(tǒng)中經(jīng)常會用到中繼�。本文所討論的中繼器除了具有中繼功能以外,還具有一定的�(wǎng)橋功能。因為只要對中繼器的初始化參�(shù)進行適當配置,就能使中繼器既具有報文�(zhuǎn)�(fā)功能,又具有報文過濾功能,這里只是借用了中繼器的名稱而已�

  使用中繼器的�(yōu)點主要表�(xiàn)在以下幾方面�

  (1)過濾通信�。中繼器接收一個子�(wǎng)的報文,只有當報文是�(fā)送給中繼器所連的另一個子�(wǎng)�,中繼器才轉(zhuǎn)�(fā),否則不�(zhuǎn)�(fā)�

  (2)擴大了通信距離,但代價是增加了一些存儲轉(zhuǎn)�(fā)延時�

 ?。ǎ常┰黾恿斯?jié)點的�(shù)目�

 ?。ǎ矗└鱾€網(wǎng)段可使用不同的通信速率�

 ?。ǎ担┨岣吡丝煽啃?。當�(wǎng)�(luò)出現(xiàn)故障時,一般只影響個別�(wǎng)��

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  當然,使用中繼器也有一定的缺點,例如:

  (1)由于中繼器對接收的幀要先存儲后轉(zhuǎn)�(fā),增加了延時�

 ?。ǎ玻茫粒慰偩€的MAC子層并沒有流量控制功能。當�(wǎng)�(luò)上的負荷很重�,可能因中繼器中緩沖區(qū)的存儲空間不夠而發(fā)生溢�,以致產(chǎn)生幀丟失的現(xiàn)��

  (3)中繼器若出�(xiàn)故障,對相鄰兩個子�(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響�

 ?�?CAN中繼器硬件電路�(shè)�

  圖1所示為CAN中繼器硬件�(jié)�(gòu)框圖。CAN中繼器主要由89C52和兩路CAN控制器接口組成。89C52作為CAN中繼器的微控制�,負�(zé)整個中繼器的監(jiān)控任�(wù)。兩路CAN控制器接口電路基本相�,都是由CAN通信控制器SJA1000、光電耦合電路和CAN總線�(qū)動器82C250組成。CAN總線�(qū)動器都采用帶隔離的DC/DC模塊單獨供電。這樣,不僅實�(xiàn)了兩路CAN接口之間的電氣隔�,也實現(xiàn)了中繼器與CAN總線的隔雀雖然這在一定程度上增加了中繼器硬件的復(fù)雜性和成本,但卻是值得�。采取隔離措施可使故障局限在某一�(wǎng)段內(nèi),而不至于影響其它�(wǎng)�,既便于維護,又保證了系�(tǒng)�(shè)備的安全�

  中繼器硬件除了以上主要部分以外,還有EEPROM、看門狗和LED指示等部分。幾個LED分別用于中繼器上電指示和CAN接口當前的接收和發(fā)送狀�(tài)指示,以及接口的通信故障(如總線�(guān)閉)指示??撮T狗采用MAX1232。MAX1232具有高電�、低電平上電�(fù)位和看門狗功�。EEPROM采用具有1K字節(jié)容量的24LC0�,可用于保存中繼器的配置參數(shù)等信息,便于系統(tǒng)的靈活配��

  � CAN中繼器的軟件設(shè)�

 ?。茫粒沃欣^器的主要任務(wù)是在兩個CAN�(wǎng)段之間實�(xiàn)報文的過濾和�(zhuǎn)�(fā)。由于通信實時性的要求以及CAN中繼器CPU中緩存容量有限(89C52�(nèi)部RAM容量為256個字節(jié)�,所以在進行軟件�(shè)計時,要求做到存儲轉(zhuǎn)�(fā)時間盡量�。為了達到這一要求,CPU采用中斷方式接收兩個CAN控制器的報文,同時盡量精簡CPU收發(fā)子程序的代碼長度。為了節(jié)省內(nèi)存并對內(nèi)存實行有效管理,CPU采用了FIFO機制管理�(nèi)部RAM。為了保證通過中繼器傳輸報文的通信雙方�(shù)�(jù)的可靠�,唯有使用通信雙方�(yīng)用層的端端差錯控制才能滿足要求,但在中繼器的軟件�(shè)計中不宜加入過多的差錯控制和流量控制功能,因為這不僅達不到目的,反而還降低了中繼器的運行效�,增加了故障隱患�

  �2 接收中斷子程序流程圖

 ?。茫粒沃欣^器軟件主要包括以下一些子程序:初始化子程�、主�(jiān)控程序、接收中斷子程序和發(fā)送子程序�。初始化子程序的編寫方法與一般的CAN總線系�(tǒng)智能節(jié)點的初始化子程序的編寫方法基本相�,只是在對兩個CAN控制器進行初始化時�(yīng)采用不同的初始化參數(shù)。下面主要對主監(jiān)控程序和接收中斷子程序進行介紹�

 ?。玻�?主監(jiān)控程序的�(shè)�

  主監(jiān)控程序負�(zé)對兩路CAN控制器的接收FIFO緩沖區(qū)進行�(jiān)視,如某一路緩沖區(qū)非空則向另一路轉(zhuǎn)�(fā)。兩路緩沖區(qū)的容量大小可采用不對稱配置。采用這種不對稱配置的一個好處在于可以將容量更大的緩沖區(qū)分配給通信任務(wù)更繁忙的一�,從而盡量避免緩沖區(qū)出現(xiàn)溢出。FIFO緩沖區(qū)共有兩個指針:接收�(shù)�(jù)指針和發(fā)送數(shù)�(jù)指針。當兩指針不相等時即證明緩沖區(qū)中存有有效數(shù)�(jù)。緩沖區(qū)接收�(shù)�(jù)指針的調(diào)整是通過接收中斷子程�?qū)崿F(xiàn)的,而發(fā)送數(shù)�(jù)指針的調(diào)整則通過�(fā)送子程序?qū)崿F(xiàn)。在主監(jiān)控程序中,還用到了一個請求狀�(tài)標志,該標志在接收中斷子程序中建�,用于中繼器及時返回本身故障狀�(tài)或響�(yīng)上位機的狀�(tài)查詢命令。當該標志為1時,主�(jiān)控程序會向上位機�(fā)送本身狀�(tài),并清除該標��

  2.� 接收中斷子程序的�(shè)�

  中繼器接收中斷子程序流程圖如圖2所�。在進入中斷后,首先判斷中斷類型。若為錯誤警告中�,則進行相應(yīng)處理并建立標�,若為接收中斷則接收報文。在報文接收�,要根據(jù)接收報文的長度判斷接收緩沖區(qū)是否會溢�。若會溢出,則判斷是否為狀�(tài)查詢命令,是則置位請求狀�(tài)標志,對于接收的其它報文則丟�。若緩沖區(qū)不會溢出,則接收該報�。接收報文后取出命令字節(jié),判斷是否是中繼器狀�(tài)查詢命令,若是則置位請求狀�(tài)標志,不進行緩沖區(qū)參數(shù)�(diào)整(因為是上位機�(fā)送給中繼器的命令,只要求中繼器作出響�(yīng)而不要求其轉(zhuǎn)�(fā),所以不能放入緩沖區(qū)中)。若不是中繼器狀�(tài)查詢命令,則不作處理,只進行緩沖區(qū)參數(shù)�(diào)�,接收報文有�。隨后進行釋放CAN接收緩沖區(qū)、恢�(fù)�(xiàn)場和中斷返回等工作�

 ?�?CAN中繼器在食堂售飯系�(tǒng)的中�(yīng)�

  按上述方法設(shè)計的中繼器現(xiàn)已成功應(yīng)用于東華理工�(xué)院的食堂售飯系統(tǒng)中。根�(jù)�(xué)院食堂及各營�(yè)�(wǎng)點的實際分布情況,設(shè)計的�(xué)院食堂售飯系�(tǒng)�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)如圖3所示。從圖中可以看出,中繼器是組�(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)�,它將窗口機等終端與服務(wù)器連接起來。在該網(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)中,中繼器共分兩�。中繼器1~4為一級中繼器,一端與服務(wù)器相�,另一端則與各個食堂窗口機等終端構(gòu)成的子網(wǎng)相�;中繼器5為二級中繼�,一端與一級中繼器相連,另一端與浴室、小賣部等窗口機相�。采用兩級中繼器的設(shè)計,使系�(tǒng)的通信距離可達5km以�,網(wǎng)�(luò)終端�(shù)目幾乎不受限��

  該設(shè)計方案已投入實際運行,目前系�(tǒng)�(wǎng)�(luò)�(guī)模為五臺中繼�、一百多臺窗口機,用餐人�(shù)近萬�。從系統(tǒng)的實際運行情況來看,性能非常�(wěn)定可�,而且維護和擴容方�,大大提高了食堂的管理水平和工作效率�

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