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中繼�
閱讀�25142�(shí)間:2010-09-26 11:28:13

  中繼�(REPEATER)中繼器是�(wǎng)�(luò)物理�上面的連接�(shè)備。適用于完全相同的兩類網(wǎng)�(luò)的互�,主要功能是通過(guò)�(duì)�(shù)�(jù)信號(hào)的重新發(fā)送或者轉(zhuǎn)�(fā),來(lái)�(kuò)大網(wǎng)�(luò)傳輸?shù)木嚯x� 中繼器是�(duì)信號(hào)�(jìn)行再生和還原的網(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)�(diǎn)的中�,它的作用是放大信號(hào),補(bǔ)償信�(hào)衰減,支持遠(yuǎn)距離的通信�

工作原理

  中繼器是一�(gè)小發(fā)�,它�(shè)�(jì)的目的是給你的網(wǎng)�(luò)信號(hào)以推�(dòng),以使它們傳�?shù)酶h(yuǎn)�

  由于傳輸線路噪聲的影�,承載信息的�(shù)字信�(hào)或模擬信�(hào)只能傳輸有限的距�,中繼器的功能是�(duì)接收信號(hào)�(jìn)行再生和�(fā)�,從而增加信�(hào)傳輸?shù)木嚯x。它是最[1]�(jiǎn)單的�(wǎng)�(luò)互連設(shè)�,連接同一�(gè)�(wǎng)�(luò)的兩�(gè)或多�(gè)�(wǎng)�。如以太�(wǎng)常常利用中繼器擴(kuò)展總線的電纜�(zhǎng)�,標(biāo)�(zhǔn)�(xì)纜以太網(wǎng)的每段長(zhǎng)�185�,最多可�5�,因此增加中繼器�,網(wǎng)�(luò)電纜�(zhǎng)度則可提高到925米。一般來(lái)�(shuō),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�(shí)并再生電纜上的數(shù)字信�(hào),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)域,[2]例如,以太網(wǎng)�(biāo)�(zhǔn)�(guī)定單段信�(hào)傳輸電纜的長(zhǎng)度為500米,但利用中繼器連接4段電纜后,以太網(wǎng)中信�(hào)傳輸電纜最�(zhǎng)可達(dá)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�(xì)同軸電纜和光��

  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�(cuò)誤數(shù)�(jù)或不適于�(wǎng)段的�(shù)�(jù)�

�(yōu)�(diǎn)

 ?。ǎ保┻^(guò)濾通信量中繼器接收一�(gè)子網(wǎng)的報(bào)文,只有�(dāng)�(bào)文是�(fā)送給中繼器所連的另一�(gè)子網(wǎng)�(shí),中繼器才轉(zhuǎn)�(fā),否則不�(zhuǎn)�(fā)�

 ?。ǎ玻U(kuò)大了通信距離,但代價(jià)是增加了一些存�(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)延時(shí)�

 ?。ǎ常┰黾恿斯?jié)�(diǎn)的數(shù)��

 ?。ǎ矗└鱾�(gè)�(wǎng)段可使用不同的通信速率�

 ?。ǎ担┨岣吡丝煽啃?。當(dāng)�(wǎng)�(luò)出現(xiàn)故障�(shí),一般只影響�(gè)別網(wǎng)��

 ?。ǎ叮┬阅艿玫礁纳?�

  �(dāng)�,使用中繼器也有一定的缺點(diǎn),例如:

  (1)由于中繼器�(duì)接收的幀要先存儲(chǔ)后轉(zhuǎn)�(fā),增加了延時(shí)�

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

 ?。ǎ常┲欣^器若出現(xiàn)故障,對(duì)相鄰兩�(gè)子網(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影��

CAN�(shè)�(jì)及其�(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�,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�、實(shí)�(shí)性和靈活�。CAN 總線�(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)�(xiàn)�(chǎng)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�,網(wǎng)�(luò)上任一節(jié)�(diǎn)均可在任意時(shí)刻主�(dòng)地向�(wǎng)�(luò)上其它節(jié)�(diǎn)�(fā)送信息而不分主從,通信方式靈活,且�(wú)需站地址等節(jié)�(diǎn)信息�

 ?。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(huì)用到中繼器。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?yàn)橹灰�?duì)中繼器的初始化參�(shù)�(jìn)行適�(dāng)配置,就能使中繼器既具有�(bào)文轉(zhuǎn)�(fā)功能,又具有�(bào)文過(guò)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)�(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面�

  (1)過(guò)濾通信�。中繼器接收一�(gè)子網(wǎng)的報(bào)文,只有�(dāng)�(bào)文是�(fā)送給中繼器所連的另一�(gè)子網(wǎng)�(shí),中繼器才轉(zhuǎn)�(fā),否則不�(zhuǎn)�(fā)�

  (2)擴(kuò)大了通信距離,但代價(jià)是增加了一些存�(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)延時(shí)�

 ?。ǎ常┰黾恿斯?jié)�(diǎn)的數(shù)��

  (4)各�(gè)�(wǎng)段可使用不同的通信速率�

  (5)提高了可靠�。當(dāng)�(wǎng)�(luò)出現(xiàn)故障�(shí),一般只影響�(gè)別網(wǎng)��

 ?。ǎ叮┬阅艿玫礁纳?�

  �(dāng)�,使用中繼器也有一定的缺點(diǎn),例如:

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

  (2)CAN總線的MAC子層并沒(méi)有流量控制功�。當(dāng)�(wǎng)�(luò)上的�(fù)荷很重時(shí),可能因中繼器中緩沖區(qū)的存�(chǔ)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(duì)相鄰兩�(gè)子網(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響�

 ?�?CAN中繼器硬件電路�(shè)�(jì)

  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(fù)�(zé)整�(gè)中繼器的�(jiān)控任�(wù)。兩路CAN控制器接口電路基本相同,都是由CAN通信控制器SJA1000、光電耦合電路和CAN總線�(qū)�(dòng)器82C250組�。CAN總線�(qū)�(dòng)器都采用帶隔離的DC/DC模塊單�(dú)供電。這樣,不僅實(shí)�(xiàn)了兩路CAN接口之間的電氣隔�,也�(shí)�(xiàn)了中繼器與CAN總線的隔�。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(hù),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�,還有EEPROM、看門狗和LED指示等部分。幾�(gè)LED分別用于中繼器上電指示和CAN接口�(dāng)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)位和看門狗功能。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�,便于系�(tǒng)的靈活配��

 ?�?CAN中繼器的軟件設(shè)�(jì)

 ?。茫粒沃欣^器的主要任務(wù)是在兩�(gè)CAN網(wǎng)段之間實(shí)�(xiàn)�(bào)文的�(guò)濾和�(zhuǎn)�(fā)。由于通信�(shí)�(shí)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�(gè)字節(jié)),所以在�(jìn)行軟件設(shè)�(jì)�(shí),要求做到存�(chǔ)�(zhuǎn)�(fā)�(shí)間盡量短。為了達(dá)到這一要求,CPU采用中斷方式接收兩�(gè)CAN控制器的報(bào)�,同�(shí)盡量精簡(jiǎn)CPU收�(fā)子程序的代碼�(zhǎng)�。為了節(jié)省內(nèi)存并�(duì)�(nèi)存實(shí)行有效管�,CPU采用了FIFO機(jī)制管理內(nèi)部RAM。為了保證通過(guò)中繼器傳輸報(bào)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�(cuò)控制才能滿足要求,但在中繼器的軟件設(shè)�(jì)中不宜加入過(guò)多的差錯(cuò)控制和流量控制功能,�?yàn)檫@不僅�(dá)不到目的,反而還降低了中繼器的運(yùn)行效�,增加了故障隱患�

  �2 接收中斷子程序流程圖

  CAN中繼器軟件主要包括以下一些子程序:初始化子程�、主�(jiān)控程�、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)�(diǎn)的初始化子程序的編寫方法基本相同,只是在�(duì)兩�(gè)CAN控制器�(jìn)行初始化�(shí)�(yīng)采用不同的初始化參數(shù)。下面主要對(duì)主監(jiān)控程序和接收中斷子程序�(jìn)行介��

 ?。玻�?主監(jiān)控程序的�(shè)�(jì)

  主監(jiān)控程序負(fù)�(zé)�(duì)兩路CAN控制器的接收FIFO緩沖區(qū)�(jìn)行監(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(duì)稱配�。采用這種不對(duì)稱配置的一�(gè)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�(gè)指針:接收數(shù)�(jù)指針和發(fā)送數(shù)�(jù)指針。當(dāng)兩指針不相等�(shí)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(guò)接收中斷子程�?qū)崿F(xiàn)�,而發(fā)送數(shù)�(jù)指針的調(diào)整則通過(guò)�(fā)送子程序?qū)崿F(xiàn)。在主監(jiān)控程序中,還用到了一�(gè)�(qǐng)求狀�(tài)�(biāo)�,該�(biāo)志在接收中斷子程序中建立,用于中繼器及時(shí)返回本身故障狀�(tài)或響�(yīng)上位�(jī)的狀�(tài)查詢命令。當(dāng)該標(biāo)志為1時(shí),主�(jiān)控程序會(huì)向上位機(jī)�(fā)送本身狀�(tài),并清除該標(biāo)志�

 ?。玻�?接收中斷子程序的�(shè)�(jì)

  中繼器接收中斷子程序流程圖如圖2所�。在�(jìn)入中斷后,首先判斷中斷類�。若為錯(cuò)誤警告中�,則�(jìn)行相�(yīng)處理并建立標(biāo)�,若為接收中斷則接收?qǐng)?bào)�。在�(bào)文接收前,要根據(jù)接收?qǐng)?bào)文的�(zhǎng)度判斷接收緩沖區(qū)是否�(huì)溢出。若�(huì)溢出,則判斷是否為狀�(tài)查詢命令,是則置位請(qǐng)求狀�(tài)�(biāo)�,對(duì)于接收的其它�(bào)文則丟棄。若緩沖區(qū)不會(huì)溢出,則接收該報(bào)文。接�?qǐng)?bào)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�(qǐng)求狀�(tài)�(biāo)�,不�(jìn)行緩沖區(qū)參數(shù)�(diào)整(�?yàn)槭巧衔粰C(jī)�(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�(jìn)行緩沖區(qū)參數(shù)�(diào)整,接收?qǐng)?bào)文有�。隨后�(jìn)行釋放CAN接收緩沖區(qū)、恢�(fù)�(xiàn)�(chǎng)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)�(jì)的中繼器�(xiàn)已成功應(yīng)用于東華理工�(xué)院的食堂售飯系統(tǒng)�。根�(jù)�(xué)院食堂及各營(yíng)�(yè)�(wǎng)�(diǎn)的實(shí)際分布情�,設(shè)�(jì)的學(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(jī)等終端與服務(wù)器連接起來(lái)。在該網(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)�,中繼器共分兩級(jí)。中繼器1~4為一�(jí)中繼�,一端與服務(wù)器相�,另一端則與各�(gè)食堂窗口�(jī)等終端構(gòu)成的子網(wǎng)相連;中繼器5為二�(jí)中繼�,一端與一�(jí)中繼器相�,另一端與浴室、小賣部等窗口機(jī)相�。采用兩�(jí)中繼器的�(shè)�(jì),使系統(tǒng)的通信距離可達(dá)5km以�,網(wǎng)�(luò)終端�(shù)目幾乎不受限��

  該設(shè)�(jì)方案已投入實(shí)際運(yùn)�,目前系�(tǒng)�(wǎng)�(luò)�(guī)模為五臺(tái)中繼�、一百多�(tái)窗口�(jī),用餐人�(shù)近萬(wàn)�。從系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)�,性能非常�(wěn)定可�,而且維護(hù)和擴(kuò)容方�,大大提高了食堂的管理水平和工作效率�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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