專利名稱：一種列車通信網(wǎng)絡(luò)管理方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種列車通信網(wǎng)絡(luò)管理方法及裝置，尤其是指一種基于IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)(列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，即TCN)的絞線式列車總線(WTB)與多功能車輛總線(MVB)的總線管理方法及網(wǎng)關(guān)功能裝置。
背景技術(shù)：
列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)為二層總線的體系結(jié)構(gòu)，它包括開式列車的車輛與車輛間的數(shù)據(jù)通信及開式列車中一個車輛內(nèi)的數(shù)據(jù)通信。TCN推薦開式列車中各車輛間的數(shù)據(jù)通信總線采用絞線式列車總線(WTB)，車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信總線采用多功能車輛總線(MVB)。
TCN網(wǎng)關(guān)模塊(TCN Gateway Module簡稱GWM)主要適用于MVB總線管理、WTB總線管理、TCN實時協(xié)議(RTP)及TCN網(wǎng)關(guān)管理等功能，也可適用于列車及車輛的控制、診斷與故障記錄功能。
現(xiàn)有TCN網(wǎng)絡(luò)管理器主要有EKE及Bombardier等公司產(chǎn)品，但EKE的Trairnet網(wǎng)關(guān)和Bombardier的Mitrac系列的GW(TCN GateWay)均采用機箱結(jié)構(gòu)。其中EKE GW采用3U機箱，由處理器板(CPU)、電源板(PS)、車輛總線板(MVB)、列車總線板(WTB)及VME(Versa Module Eurocard)背板等插件組成，該系統(tǒng)采用多處理器系統(tǒng)，其中CPU板主要負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)管理及實時協(xié)議，MVB板實現(xiàn)MVB物理層、鏈路層及鏈路層接口等功能，WTB板實現(xiàn)MVB物理層、鏈路層及鏈路層接口等功能。其中除CPU板帶一個處理器外，MVB板和WTB板均帶有處理器，使得設(shè)計復(fù)雜，且數(shù)據(jù)交換機制、軟件設(shè)計均復(fù)雜，成本增加，且其VME總線及其控制設(shè)計復(fù)雜，故障率高。Bombardier GW采用6U機箱，由電源板、處理器及車輛總線板(MVB)、列車總線板(WTB)及背板等插件組成，并且使用了很多很難購買的專用芯片。
這樣將會產(chǎn)生以下不足之處(1)系統(tǒng)組成復(fù)雜如EKE的GW，需要由CPU板、MVB板、WTB板、VME背板及電源板等組成。(2)軟件設(shè)計復(fù)雜其中CPU板、MVB板、WTB板均帶有處理器，均需開發(fā)相關(guān)軟件；且三種插件間均需通過VME總線交換數(shù)據(jù)，加大了軟件開發(fā)的難度。(3)數(shù)據(jù)交換實時性差MVB及WTB總線數(shù)據(jù)必須經(jīng)MVB板與WTB板的處理器處理后，經(jīng)VME總線交換到CPU板，再由CPU進行處理后才能實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能，相對用單CPU實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)功能多了一道中間環(huán)節(jié)。(4)成本高 因為采用多處理器及機箱結(jié)構(gòu)，其插件數(shù)量太多、處理器及相關(guān)電路太多、多處理器間的數(shù)據(jù)交換均大大增加了元器件數(shù)量與種類，故成本太高。(4)體積太大由于采用機箱結(jié)構(gòu)，體積龐大，重量較重，不便安裝，且插件的拆卸也極其困難；因此很有必要對此加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)網(wǎng)關(guān)的不足，提出一種系統(tǒng)設(shè)計更為合理、簡單，體積結(jié)構(gòu)更為小巧，安裝更為方便，處理速度更快，通信功能更強，存儲空間大的新型列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)網(wǎng)關(guān)模塊(GWM)。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的，采用分布式列車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)模塊，由一個嵌入式處理器(CPU)及外圍電路構(gòu)成整個GWM的核心部分，并擴充設(shè)置有現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、車輛總線板(MVB)通信接口及列車總線板(WTB)通信接口等電路。CPU通過運行實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)軟件及相關(guān)應(yīng)用程序，能實現(xiàn)MVB總線管理、WTB總線管理、TCN實時協(xié)議(RTP)及TCN網(wǎng)關(guān)管理等功能；同時也能實現(xiàn)列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)與以太網(wǎng)間的網(wǎng)關(guān)功能，還可適用于列車及車輛的控制、故障診斷與記錄功能。其中，所述處理器采用高速32位嵌入式通信處理器，主頻為533MHz，以保證GWM強大的通信與數(shù)據(jù)處理能力；操作系統(tǒng)采用內(nèi)嵌實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，以保證軟件的可靠性與實時性；編程軟件采用滿足IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)可編程計算機圖形編程語言用戶層編程軟件(ISaGRAF)，極大地方便應(yīng)用程序的開發(fā)；并實施MVB與WTB的總線管理及網(wǎng)關(guān)功能，提供高速數(shù)據(jù)傳輸以太網(wǎng)接口。
GWM模塊摒棄了傳統(tǒng)的采用多處理器的處理方式，同時取消了采用VME交換數(shù)據(jù)的模式，將MVB與WTB通信處理功能集成在一塊插件上，結(jié)構(gòu)上采用分布式電源和獨立模塊的機械結(jié)構(gòu)，將分布式電源和MVB與WTB電平轉(zhuǎn)換集成在另一塊插件上，進一步提高系統(tǒng)的可靠性和性價比，極大地方便現(xiàn)場安裝與維護。主要包括CPU及其外圍電路、MVB通信子系統(tǒng)、WTB通信子系統(tǒng)、以太網(wǎng)、FPGA、電源等，完成GWM對外的所有通信、控制、信息記錄診斷存儲功能。
其中，所述的CPU為Intel公司高速低功耗Xscale核嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理器，其主頻高達533MHz，適用于基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)。CPU實時采集MVB、WTB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；實現(xiàn)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表述層、應(yīng)用層各層協(xié)議；實現(xiàn)MVB、WTB總線管理器、實時協(xié)議、網(wǎng)關(guān)功能。
所述的CPU外圍電路包括大容量動態(tài)存儲器(SDRAM)、大容量閃存(FLASH)、擴展總線接口、LED指示等電路。SDRAM用于為加快程序運算，上電后程序被調(diào)入其內(nèi)運行；大容量FLASH用作程序與故障記錄存儲空間；擴展總線接口用于擴展MVB、WTB等功能；LED用于指示GWM運行狀態(tài)，便于對模塊的維護起向?qū)ё饔谩?br> 所述的MVB通信子系統(tǒng)硬件為GWM提供與MVB總線的連接通道。它包括MVB協(xié)議控制器、1M字節(jié)的通信存儲器、CPU接口緩沖與控制邏輯以及MVB總線物理層接口，實現(xiàn)MVB5類設(shè)備功能。為節(jié)省成本及減少對其他公司的依賴，MVB協(xié)議控制器功能可由FPGA實現(xiàn)。
所述的WTB通信子系統(tǒng)硬件為GWM提供與WTB總線的連接通道。它采用變壓器隔離輸出，為減少芯片數(shù)量及縮小PCB尺寸，其高速數(shù)據(jù)鏈路層控制(HDLC)由FPGA實現(xiàn)而不是采用專用HDLC芯片，這樣還可降低成本，提高硬件通用性。
所述的以太網(wǎng)是提供兩個10/100M以太網(wǎng)接口，以實現(xiàn)TCN網(wǎng)關(guān)到以太網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸以滿足不斷增長大信息量數(shù)據(jù)傳輸要求，同時亦可實現(xiàn)程序及故障履歷數(shù)據(jù)的下載。
所述的FPGA是實現(xiàn)CPU與MVB、WTB間的總線仲裁，及實現(xiàn)WTB高速數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、WTB信號的曼徹斯特編碼解碼等功能，亦可實現(xiàn)MVB協(xié)議芯片功能，還可實現(xiàn)對NAND FLASH的控制。
所述的電源采用分布式電源，輸入電壓范圍為DC40V～137V，采用開關(guān)電源技術(shù)以降低損耗，外部電源輸入后首先經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換為5V后在轉(zhuǎn)換成各種電壓等級電源給模塊內(nèi)部電路芯片供電。
此外，軟件設(shè)計采用模塊化分層結(jié)構(gòu)，采用RTOS，應(yīng)用層軟件采用符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的可編程計算機編程語言，可實現(xiàn)用戶圖形編程，將應(yīng)用層與底層軟件區(qū)分開來，便于用戶編程。自底向上各軟件層次依次為1、設(shè)備驅(qū)動層，2、操作系統(tǒng)內(nèi)核，3、用戶任務(wù)層、4、RAF虛擬機、5、aGRAF應(yīng)用程序。采用模塊化分層結(jié)構(gòu)可以最大限度地簡化應(yīng)用軟件的開發(fā)，極大地提高應(yīng)用項目的開發(fā)效率。
其中，所述的設(shè)備驅(qū)動層作為系統(tǒng)軟件的最底層，主要為操作系統(tǒng)層和用戶任務(wù)層提供對硬件設(shè)備進行訪問的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動接口，從而可簡化應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)；所述的操作系統(tǒng)內(nèi)核作為GWM軟件的核心，負(fù)責(zé)調(diào)度、管理操作系統(tǒng)之上的用戶任務(wù)。GWM軟件系統(tǒng)選用RTOS，以確保軟件系統(tǒng)的實時性和可靠性；所述的用戶任務(wù)層主要包括MVB及WTB鏈路層任務(wù)、MVB及WTB實時協(xié)議(RTP)、MVB及WTB網(wǎng)絡(luò)管理(TNM)、其它應(yīng)用任務(wù)。各用戶任務(wù)在操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，根據(jù)用戶預(yù)先定義的任務(wù)優(yōu)先級完成用戶特定的應(yīng)用功能；所述的ISaGRAF虛擬機作為一種特殊的用戶任務(wù)，負(fù)責(zé)對ISaGRAF應(yīng)用程序(TIC代碼)的解釋執(zhí)行、與調(diào)試終端的通信以及與其它應(yīng)用任務(wù)的接口；所述的ISaGRAF應(yīng)用程序作為GWM軟件結(jié)構(gòu)的頂層，ISaGRAF應(yīng)用程序是由支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)過程控制編程語言的ISaGRAF編程工具開發(fā)的目標(biāo)無關(guān)代碼(TIC)，TIC代碼被ISaGRAF虛擬機解釋和執(zhí)行，并通過ISaGRAF虛擬機提供的API與底層用戶任務(wù)接口，從而完成特定的用戶應(yīng)用功能。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有體積小，功耗低，成本低，便于安裝，抗干擾能力強及可靠性高等優(yōu)點。有兩塊PCB板組成，板間通過扁平電纜連接，其中一塊實現(xiàn)弱點功能，包括處理器及其外圍電路、MVB通信處理、WTB通信處理、以太網(wǎng)通信處理等功能，還實現(xiàn)各種運算及網(wǎng)絡(luò)管理功能；另一快實現(xiàn)電源變化、MVB物理層接口、WTB物理層接口等功能。
2.實現(xiàn)了以太網(wǎng)與TCN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)功能，建立以太網(wǎng)與TCN網(wǎng)絡(luò)問實時協(xié)議，便于將實現(xiàn)以太網(wǎng)與TCN間的高速數(shù)據(jù)傳輸，滿足大信息數(shù)據(jù)流傳輸要求。
3.采用FPGA實現(xiàn)WTB鏈路層協(xié)議，包括高速數(shù)據(jù)鏈路層控制(HDLC)、曼徹斯特編碼/解碼等功能，取代了HDLC專用控制芯片及接口電路；采用FPGA實現(xiàn)MVB協(xié)議控制芯片功能，取代了MVBC及接口電路；減少了芯片數(shù)量與PCB尺寸，降低了成本，F(xiàn)PGA還實現(xiàn)MVB、WTB的總線仲裁及鏈路層控制(如CRC校驗、總線監(jiān)視及轉(zhuǎn)移等)。
4.采用FPGA實現(xiàn)了各種邏輯、總線仲裁、通信協(xié)議處理功能，使硬件具有通用性，通過更換不同的FPGA程序及CPU程序即可實現(xiàn)不同的功能，節(jié)省了成本，避免了重復(fù)開發(fā)。
5.因采用高速處理器，可實現(xiàn)TCN及以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理外的其他功能，如列車控制、故障診斷與記錄，還可通過USB、以太網(wǎng)進行故障轉(zhuǎn)儲(下載)。
6.采用網(wǎng)絡(luò)處理器Xsacle產(chǎn)品，主頻為533mhz，存儲器采用大存儲空間的NOR FLASH與NAND FLASH相結(jié)合，其中NOR FLASH實現(xiàn)程序存儲及故障記錄，NAND FLASH實現(xiàn)故障記錄，大容量SDRAM，SDRAM總線速度為133MHZ。


圖1為本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明軟件結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
從附圖1可以看出本發(fā)明為一種列車通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，采用分布式列車電子控制系統(tǒng)之網(wǎng)關(guān)模塊，由一個嵌入式處理器(CPU)及外圍電路構(gòu)成整個GWM的核心部分，并擴充了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、MVB通信接口及WTB通信接口等電路。CPU通過運行實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)軟件及相關(guān)應(yīng)用程序，能實現(xiàn)MVB總線管理、WTB總線管理、TCN實時協(xié)議(RTP)及TCN網(wǎng)關(guān)管理等功能；同時也能實現(xiàn)TCN與以太網(wǎng)間的網(wǎng)關(guān)功能，還可適用于列車及車輛的控制、故障診斷與記錄功能。其中，所述處理器采用Intel32位高速嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理器(IXP425)，主頻為533MHz，以保證GWM強大的通信與數(shù)據(jù)處理能力；操作系統(tǒng)采用VxWorks實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，以保證軟件的可靠性與實時性；編程軟件采用滿足IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)可編程計算機圖形編程語言用戶層編程軟件(ISaGRAF)，極大地方便應(yīng)用程序的開發(fā)；并實施MVB與WTB的總線管理及網(wǎng)關(guān)功能，提供高速數(shù)據(jù)傳輸以太網(wǎng)接口。
GWM模塊摒棄了傳統(tǒng)的采用多處理器的處理方式，同時取消了采用VME交換數(shù)據(jù)的模式，將MVB與WTB通信處理功能集成在一塊插件上，結(jié)構(gòu)上采用分布式電源和獨立模塊的機械結(jié)構(gòu)，將分布式電源和MVB與WTB電平轉(zhuǎn)換集成在另一塊插件上，進一步提高系統(tǒng)的可靠性和性價比，極大地方便現(xiàn)場安裝與維護。主要包括CPU及其外圍電路、MVB通信子系統(tǒng)、WTB通信子系統(tǒng)、以太網(wǎng)、FPGA、電源等，完成GWM對外的所有通信、控制、信息記錄診斷存儲功能。
其中，所述的CPU為Intel公司高速低功耗Xscale核嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理器IXP425，其主頻最高可達533MHz，適用于基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)。CPU實時采集MVB、WTB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；實現(xiàn)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表述層、應(yīng)用層各層協(xié)議；實現(xiàn)MVB、WTB總線管理器、實時協(xié)議、網(wǎng)關(guān)功能。
所述的CPU外圍電路包括動態(tài)存儲器(SDRAM)、閃存(FLASH)、擴展總線接口、LED指示、電源監(jiān)視、上電復(fù)位、RTC實時時鐘等電路。SDRAM用于為加快程序運算，上電后程序被調(diào)入其內(nèi)運行，采用了大容量SDRAM，為64M/128M字節(jié)可選；為便于實現(xiàn)大容量程序存儲及故障及履歷存儲功能，采用了大容量程序與數(shù)據(jù)存儲器FLASH，包括32M字節(jié)NOR FLASH程序存儲器，256M字節(jié)NAND FLASH故障數(shù)據(jù)存儲器；擴展總線接口用于擴展MVB、WTB等功能；LED用于指示TCN網(wǎng)關(guān)模塊運行狀態(tài)，包括WTB狀態(tài)指示、MVB狀態(tài)指示、CPU運行狀態(tài)指示及軟件狀態(tài)指示等，便于對模塊的維護起向?qū)ё饔?。?dāng)出現(xiàn)緊急情況時還可通過繼電器輸出保護。
所述的MVB通信子系統(tǒng)硬件為GWM提供與MVB總線的連接通道。它包括MVB協(xié)議控制器、1M字節(jié)的通信存儲器、CPU接口緩沖與控制邏輯以及MVB總線物理層接口，實現(xiàn)MVB 5類設(shè)備功能。為節(jié)省成本及減少對其他公司的依賴，MVB協(xié)議控制器功能可由FPGA實現(xiàn)。
所述的WTB通信子系統(tǒng)硬件為GWM提供與WTB總線的連接通道。它采用變壓器隔離輸出，為減少芯片數(shù)量及縮小PCB尺寸，其高速數(shù)據(jù)鏈路層控制(HDLC)由FPGA實現(xiàn)而不是采用專用HDLC芯片，這樣還可降低成本，提高硬件通用性。
所述的以太網(wǎng)是提供兩個10/100M以太網(wǎng)接口，以實現(xiàn)TCN網(wǎng)關(guān)到以太網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸以滿足不斷增長大信息量數(shù)據(jù)傳輸要求，同時亦可實現(xiàn)程序及故障履歷數(shù)據(jù)的下載。
所述的FPGA實現(xiàn)CPU與MVB、WTB間的總線仲裁，及實現(xiàn)WTB高速數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、WTB信號的曼徹斯特編碼/解碼等功能，亦實現(xiàn)MVB協(xié)議芯片功能，還可實現(xiàn)對NAND FLASH的控制。
所述的電源采用分布式電源，輸入電壓范圍為DC40V～137V，采用開關(guān)電源技術(shù)以降低損耗，外部電源輸入后首先經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換為5V后在轉(zhuǎn)換成各種電壓等級電源給模塊內(nèi)部電路芯片供電。
此外，軟件設(shè)計采用模塊化分層結(jié)構(gòu)，采用RTOS，應(yīng)用層軟件采用符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的可編程計算機編程語言，可實現(xiàn)用戶圖形編程，將應(yīng)用層與底層軟件區(qū)分開來，便于用戶編程。自底向上各軟件層次依次為1、設(shè)備驅(qū)動層；2、操作系統(tǒng)內(nèi)核；3、用戶任務(wù)層；4、ISaGRAF虛擬機；5、ISaGRAF應(yīng)用程序。采用模塊化分層結(jié)構(gòu)可以最大限度地簡化應(yīng)用軟件的開發(fā)，極大地提高應(yīng)用項目的開發(fā)效率；其中，所述的設(shè)備驅(qū)動層作為系統(tǒng)軟件的最底層，主要為操作系統(tǒng)層和用戶任務(wù)層提供對硬件設(shè)備進行訪問的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動接口，從而可簡化應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)；所述的操作系統(tǒng)內(nèi)核作為GWM軟件的核心，負(fù)責(zé)調(diào)度、管理操作系統(tǒng)之上的用戶任務(wù)。GWM軟件系統(tǒng)選用RTOS，以確保軟件系統(tǒng)的實時性和可靠性；所述的用戶任務(wù)層主要包括1、MVB及WTB鏈路層任務(wù)；2、MVB及WTB鏈路層數(shù)據(jù)經(jīng)鏈路層接口(LLI)傳送到網(wǎng)絡(luò)層；3、實時協(xié)議(RTP)對過程數(shù)據(jù)則直接傳送到過程數(shù)據(jù)處理端口進行處理，對消息數(shù)據(jù)則經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表述層、應(yīng)用層各層進行處理；4、然后經(jīng)應(yīng)用層接口鏈接各功能函數(shù)及傳送給MVB及WTB網(wǎng)絡(luò)管理(TNM)；5、還包括列車的故障診斷、記錄等其它應(yīng)用任務(wù)。各用戶任務(wù)在操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，根據(jù)用戶預(yù)先定義的任務(wù)優(yōu)先級完成用戶特定的應(yīng)用功能；
所述的ISaGRAF虛擬機作為一種特殊的用戶任務(wù)，負(fù)責(zé)對ISaGRAF應(yīng)用程序(TIC代碼)的解釋執(zhí)行、與調(diào)試終端的通信以及與其它應(yīng)用任務(wù)的接口；所述的ISaGRAF應(yīng)用程序作為GWM軟件結(jié)構(gòu)的頂層，ISaGRAF應(yīng)用程序是由支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)過程控制編程語言的ISaGRAF編程工具開發(fā)的目標(biāo)無關(guān)代碼(TIC)，TIC代碼被ISaGRAF虛擬機解釋和執(zhí)行，并通過ISaGRAF虛擬機提供的API與底層用戶任務(wù)接口，從而完成特定的用戶應(yīng)用功能。
權(quán)利要求
1.一種列車通信網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于采用分布式列車電子控制系統(tǒng)之網(wǎng)關(guān)模塊(GWM)，由一個嵌入式處理器(CPU)及外圍電路構(gòu)成整個網(wǎng)關(guān)模塊GWM的核心部分，并擴充了FPGA、MVB通信接口及WTB通信接口等電路；其中，所述處理器采用32位高速嵌入式通信處理器，主頻為533MHz，以保證GWM強大的通信與數(shù)據(jù)處理能力；操作系統(tǒng)采用內(nèi)嵌實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)，以保證軟件的可靠性與實時性；編程軟件采用滿足IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)可編程計算機圖形編程語言用戶層編程軟件(ISaGRAF)；并實現(xiàn)MVB與WTB的總線管理及網(wǎng)關(guān)功能，提供高速數(shù)據(jù)傳輸以太網(wǎng)接口。
2.如權(quán)利要求1所述的列車通信網(wǎng)絡(luò)管理方法，其特征在于GWM模塊將MVB與WTB通信處理功能集成在一塊板內(nèi)，結(jié)構(gòu)上采用分布式電源和獨立模塊的機械結(jié)構(gòu)，將分布式電源和MVB與WTB電平轉(zhuǎn)換集成在同一模塊的另一塊板內(nèi)。
3.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述列車通信網(wǎng)絡(luò)管理方法的裝置，其特征在于GWM模塊主要包括CPU及其外圍電路、MVB通信子系統(tǒng)、WTB通信子系統(tǒng)、以太網(wǎng)、FPGA、電源。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的CPU為Intel公司高速低功耗Xscale核嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理器，其主頻高達533MHz；CPU實時采集MVB、WTB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；實現(xiàn)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表述層、應(yīng)用層各層協(xié)議；實現(xiàn)MVB、WTB總線管理器、實時協(xié)議、網(wǎng)關(guān)功能；所述的外圍電路包括大容量動態(tài)存儲器(SDRAM)、大容量閃存(FLASH)、擴展總線接口、LED指示等電路。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的MVB通信子系統(tǒng)硬件為GWM提供與MVB總線的連接通道；包括MVB協(xié)議控制器、1M字節(jié)的通信存儲器、CPU接口緩沖與控制邏輯以及MVB總線物理層接口，實現(xiàn)MVB5類設(shè)備功能。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的WTB通信子系統(tǒng)硬件為GWM提供與WTB總線的連接通道；采用變壓器隔離輸出，為減少芯片數(shù)量及縮小PCB尺寸，其高速數(shù)據(jù)鏈路層控制(HDLC)由FPGA實現(xiàn)；所述的以太網(wǎng)是提供10/100M以太網(wǎng)接口，以實現(xiàn)TCN網(wǎng)關(guān)到以太網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸以滿足不斷增長大信息量數(shù)據(jù)傳輸要求，同時亦可實現(xiàn)程序及故障履歷數(shù)據(jù)的下載；所述的FPGA是實現(xiàn)CPU與MVB、WTB間的總線仲裁，及實現(xiàn)WTB高速數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、WTB信號的曼徹斯特編碼/解碼、容錯處理、校正等功能，亦實現(xiàn)MVB協(xié)議控制器功能，還實現(xiàn)對NAND FLASH的控制。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的電源采用分布式電源，輸入電壓范圍為DC40V-137V，外部電源輸入后首先經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換為5V后在轉(zhuǎn)換成各種電壓等級電源給模塊內(nèi)部電路芯片供電。
8.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)軟件及相關(guān)應(yīng)用程序，采用模塊化分層結(jié)構(gòu)，采用RTOS，應(yīng)用層軟件采用符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的可編程計算機編程語言，可實現(xiàn)用戶圖形編程，將應(yīng)用層與底層軟件區(qū)分開來，便于用戶編程，自底向上各軟件層次依次為設(shè)備驅(qū)動層、操作系統(tǒng)內(nèi)核、用戶任務(wù)層、ISaGRAF虛擬機、ISaGRAF應(yīng)用程序。
9.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的設(shè)備驅(qū)動層作為系統(tǒng)軟件的最底層，主要為操作系統(tǒng)層和用戶任務(wù)層提供對硬件設(shè)備進行訪問的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動接口，從而可簡化應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)；所述的操作系統(tǒng)內(nèi)核作為GWM軟件的核心，負(fù)責(zé)調(diào)度、管理操作系統(tǒng)之上的用戶任務(wù)；GWM軟件系統(tǒng)選用RTOS，以確保軟件系統(tǒng)的實時性和可靠性；所述的用戶任務(wù)層主要包括MVB及WTB鏈路層任務(wù)、MVB及WTB實時協(xié)議(RTP)、MVB及WTB網(wǎng)絡(luò)管理(TNM)、其它應(yīng)用任務(wù)，各用戶任務(wù)在操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，根據(jù)用戶預(yù)先定義的任務(wù)優(yōu)先級完成用戶特定的應(yīng)用功能。
10.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的ISaGRAF虛擬機作為一種特殊的用戶任務(wù)，負(fù)責(zé)對ISaGRAF應(yīng)用程序(TIC代碼)的解釋執(zhí)行、與調(diào)試終端的通信以及與其它應(yīng)用任務(wù)的接口；所述的ISaGRAF應(yīng)用程序作為GWM軟件結(jié)構(gòu)的頂層。
全文摘要
一種列車通信網(wǎng)絡(luò)管理方法及裝置，采用分布式列車電子控制系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)模塊，由一個嵌入式處理器及外圍電路構(gòu)成整個列車通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)模塊的核心部分，并擴充設(shè)置有現(xiàn)場可編程門陣列、車輛總線板通信接口及列車總線板通信接口等電路。CPU通過運行實時多任務(wù)操作系統(tǒng)軟件及相關(guān)應(yīng)用程序，能實現(xiàn)多功能車輛總線的總線管理、絞線式列車總線的總線管理、列車通信網(wǎng)絡(luò)實時協(xié)議及TCN網(wǎng)關(guān)管理等功能；同時也能實現(xiàn)列車通信網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)間的網(wǎng)關(guān)功能，還可適用于列車及車輛的控制、故障診斷與記錄功能。
文檔編號H04L12/24GK101022378SQ20071003452
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者吳正平, 曹陽, 楊衛(wèi)峰, 曾嶸, 肖家博, 任湘輝 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司