CAN总线的拓扑应该如何设计 如何选择合适的拓扑形式

网络拓扑(Network Topology)结构是指用传输介质互连各种设备的物理布局。指构成网络的成员间特定的物理的即真实的、或者逻辑的即虚拟的排列方式。如果两个网络的连接结构相同我们就说它们的网络拓扑相同，尽管它们各自内部的物理接线、节点间距离可能会有不同。

随着CAN总线的应用越来越广泛，在不同的情况下，如何选择合适的拓扑形式，是一个比较困难的问题，这里介绍主流的几种总线拓扑方式，针对其特点及优缺点进行分析，读者可以根据自己开发的需要选择相应的拓扑形式。

/ 直线型拓扑 /

直线型拓扑也叫总线型拓扑，如图1所示，所有的节点都接到同一总线上，总线上任意节点发送信息，其他节点都能正常接收。

图1 直线型拓扑

它的优势包括：

布线施工简单；

阻抗匹配固定规则（首尾各1个120欧电阻匹配）；

接线操作简单方便；

直线型拓扑的缺点。

如果节点数较多，总线线缆变长，会影响总线传输；
支线长度不能过长。

/ 星型拓扑 /

星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。它具有如下特点：结构简单，便于管理；控制简单，便于建网；网络延迟时间较小，传输误差较低。但缺点也是明显的：成本高、可靠性较低、资源共享能力也较差。

图2 星型拓扑

如图2所示，图中每个分支长度基本相等，在完全等长情况下，可不使用集线器设备，调整终端电阻即可实现组网（R=n×60欧姆；R：每个分支的终端电阻；n：分支数量）。
如果各分支线路长度不同，就需要使用集线器对通讯进行控制，保证数据的稳定传输。

这种拓扑方式的优点是：

在进行节点扩展时较为方便；

可以缩减总线应用场景的使用面积。

然而这种拓扑方式的缺点也很明显，例如：

中央设备失败会导致网络瘫痪；

分支不等长时阻抗匹配复杂;

还需要增加集线器进行网络拓扑分割。

/ 树状拓扑 /

拓扑的特点是分支较长并且长度不同，如图3所示，可以看到由于各支线长度不同阻抗匹配困难，常使用集线器和中继器进行分支。这些设备每路都具备独立的CAN控制器，所以可以将每段形成独立的直线拓扑，方便施工。树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。

图3 树状拓扑

这种拓扑方式的优点是：

布线施工方便；

最大限度缩短布线距离。

然而这种拓扑方式的缺点是：

网络拓扑复杂，施工人员无法进行阻抗匹配；

须增加集线器或者中继器进行网络拓扑分割。

图4 树状拓扑应用

如图4所示，就是一个树状拓扑的应用模型，由于总体传输距离过长，所以每隔五公里左右就要加一个中继器，保证信号的传输质量，在各个子网节点通过CANbridge连接，子网中的各节点数据通过CANbridge进行收发与过滤，这样就完成了整体网络的组网。

/ 环形拓扑 /

环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，这种结构使公共传输电缆组成环型连接，数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。

图5 环形拓扑

环形拓扑是将CAN总线首尾相接，形成环状，保证线缆任意位置断开，依然可以保证通讯。如图5所以，可以看到由于是环状结构，所以在终端电阻匹配方面采用分布式匹配方法，保证总体阻抗为60欧姆。

这种拓扑方式的优点是：在线缆任意位置断开后，总线依然可以通讯。

缺点为：断线后，信号反射严重，无法应用于高波特率和远距离场合。

/ 总结 /

如表1所示是对于这四种主流的拓扑方式的总结，在选择网络布局时，可以根据不同拓扑方式的优缺点来进行取舍，在不同的情形下，针对总线开发的目标及形式，选择合理的总线拓扑形式，较好的完成总线拓扑形式的选择。