專利名稱：Tcn網關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及國際列車通訊網絡(TCN)標準正C61375-1 ，為TCN列車通訊 網絡中最高級別的通訊設備，向下兼容MVB車輛總線和WTB列車總線，廣泛應 用于包括高速列車、EMU動車組、DMU動車組、有軌電車、地鐵、客車等各種 軌道車輛。
技術背景國際列車通訊網絡(TCN)標準正C61375-1是在充分考慮列車的實際應用要 求，在廣泛征求世界各國鐵路制造商、運營商等用戶意見的基礎上，專門針對 軌道車輛制定的，是當前國內外列車網絡通訊技術的主流，該標準也是目前中 國鐵路推薦使用的網絡通訊標準。在TCN列車通訊網絡中，TCN網關設備是最高級別的設備。目前國內在 TCN技術的基礎研發(fā)上還落后于國外很多，特別是對于TCN網關這樣的高端核 心設備，因技術難度大，研發(fā)周期長， 一直依賴進口。該設備的缺失是制約國 產化TCN網絡通訊技術的關鍵因素。TCN網絡采用MVB+WTB兩級總線網絡結 構，網絡拓撲如圖l所示。其中MVB負責車輛內部的數(shù)據通訊，WTB負責列車 車輛間的數(shù)據通訊。按照網絡通訊功能進行劃分，TCN網絡主要包括5類設備， 其中O類設備為中繼器，1、 2、 3、 4類為MVB設備，TCN網關為5類設備，也是 最核心的設備，技術上向下兼容0 5級各類設備。各類設備性能如下表所示。o類設備具有總線數(shù)據的再生和放大能力，用于延長傳輸距離或者連接兩個不同物理介質的網絡。l類設備具有過程數(shù)據通訊和設備狀態(tài)輪詢能力2類設備具有設備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據通訊和消息數(shù)據通訊能力3類設備具有設備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據通訊、消息數(shù)據通訊和用戶可編程能力。4類設備具有設備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據通訊、消息數(shù)據通訊和總線管理能力5類設備具有設備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據通訊、消息數(shù)據通訊、總線管理和網關路由功能。本實用新型的目的在于提供一種包含TCN網絡通訊技術的全部內容，在網 絡控制系統(tǒng)中負責MVB和WTB數(shù)據總線間的數(shù)據路由傳輸?shù)腡CN網關。本實用新型的技術解決方案是這樣實現(xiàn)的一種TCN網關，其特征在于包括MCB模塊和WTB模塊，其中所述的MCB 模塊由32位中央處理器、MVB單元、MVBCS01協(xié)議控制器和外圍電路組成，提 供運行TCN網絡管理軟件、實時協(xié)議桟軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺； 所述的WTB模塊由8位CPU處理器、WTBC協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供 WTB鏈路軟件的運行平臺；MCB模塊與WTB模塊之間通過內部并行總線連接， 總線由地址信號線、數(shù)據信號線和控制信號線組成；MCB模塊主處理器通過該 內部并行總線發(fā)送地址、數(shù)據和控制信號來控制WTB模塊，并完成與WTB模塊 處理器進行的數(shù)據交換；PW電源模塊通過背板接口電路給MCB模塊和WTB模 塊供電。所述的MCB模塊中的32位CPU微處理器由芯片Net+50構成，其外圍電路包 括萬年歷及主板監(jiān)控電路、看門狗電路、232串行通訊口及以太網通訊口電路和 存貯器電路，提供CPU板的溫度和萬年歷時間，監(jiān)控系統(tǒng)軟件的正常運行、提 供目標板與上位機的串口通訊功能以及通過以太網通訊接口支持10M/100M兩 種通訊模式和/或為系統(tǒng)提供數(shù)據運行和存貯空間。所述的MVBCS01協(xié)議控制器由MVBCS01通訊控制器芯片構成，其接口電 路支持MVB底層鏈路功能，支持MAU實現(xiàn)MVB物理層功能，負責MVB數(shù)據的 收發(fā)。所述的內部并行總線電路負責WTB板和MCB板間的地址線、數(shù)據線和控制 線的數(shù)據緩沖和電平轉換，提供兩板間的并行數(shù)據通訊通道。所述的WTB模塊由8位CPU處理器、外部存貯器電路、MAU接口和HDLC 控制器組成，其中所述的HDLC控制器負責將來自WTB總線的串行數(shù)據轉換成 CPU需要的并行數(shù)據，并通過DMA方式與CPU進行高速數(shù)據交換。與現(xiàn)有技術相比較，本實用新型的提出，突破了制約我國列車通訊網絡技 術的關鍵，填補了國內空白，為實現(xiàn)多種軌道車輛網絡通訊的標準化奠定了基 礎。


本實用新型有7張附圖，其中 圖1是TCN網關的拓撲圖；圖2是MCB模塊硬件結構框圖； 圖3是WTB模塊硬件結構框圖； 圖4是MCB模塊內部并行總線接口電路圖； 圖5是MVBCS協(xié)議控制器接口電路圖； 圖6是MVB模塊的MAU介質接口電路圖； 圖7是WTB模塊內部并行總線接口電路圖。 圖2是本實用新型的說明書摘要附圖。
具體實施方式
本實用新型的TCN網關是TCN兩級網絡通訊系統(tǒng)中最高級別的設備，其中 硬件部分由MCB模塊和WTB模塊組成MCB模塊，其結構框圖如圖2所示。該模塊包括MVB單元和中央處理單元， 是運行TCN網絡管理軟件、實時協(xié)議棧軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺。 包括內部并行總線電路，MVBCS01協(xié)議控制器接口電路，MVB的MAU介質單 元，以及其它通用電路，包括外部存儲器電路、萬年歷及主板監(jiān)控電路、看門 狗電路、232串行通訊電路和以太網通訊電路。WTB模塊，其結構框圖如圖3所示，是運行WTB鏈路軟件的硬件平臺，包 括外部存儲器電路、HDLC控制器電路、WTB的MAU介質電路、WTBC協(xié)議控 審!j器電路。WTB模塊和MCB模塊是通過內部并行總線接口進行兩個模塊間的內部數(shù) 據通訊的，通訊數(shù)據信息主要包括WTB源、宿端口的過程數(shù)據，WTB的監(jiān)視數(shù) 據和消息數(shù)據等。MCB模塊內部總線并行接口電路如圖4所示，WTB模塊內部 并行總線接口電路如圖7所示。MVBCS01芯片是最新版的MVBC協(xié)議控制器，其功能是負責完成MVB鏈路 層底層的一系列功能，包括總線管理、消息數(shù)據、過程數(shù)據、監(jiān)視數(shù)據通訊、 主權轉移、總線偵聽等功能。該芯片及其附屬電路及跟CPU接口電路如圖5所示。 MVB模塊的MAU介質接口電路是MVB數(shù)據幀的收發(fā)物理通道，本設計支持兩種 模式的物理介質， 一種是ESD+， 一種是EMD?？筛鶕玫男枰x擇適合的介 質類型。該接口電路如圖6所示。 其工作原理說明如下網關硬件系統(tǒng)是TCN協(xié)議棧軟件的運行平臺，由MCB模塊、WTB模塊、PW 電源模塊組成。其中MCB模塊由CPU中央處理單元和MVB單元組成，中央處理 單元在Nucleus實時操作系統(tǒng)支持下運行TCN協(xié)議棧軟件和用戶級應用軟件， MVB單元負責MVB數(shù)據的收發(fā)并支持鏈路層的底層功能。WTB模塊運行WTB 鏈路軟件，負責WTB數(shù)據的收發(fā)并支持WTB鏈路的底層功能。WTB模塊與MCB 模塊通過內部并行總線連接，用以兩個模塊間的數(shù)據交換。 1、 MCB模塊該模塊包括MVB單元和CPU中央處理單元，是運行實時協(xié)議棧軟件和MVB 鏈路軟件的硬件平臺。其硬件結構框圖如圖2所示。該模塊的主CPU芯片為Net+50微控制器，該控制器采用ARM7TDMI內核， 為32位高性能嵌入式RISC處理器，最高主頻為130MHz，采用3級指令流水線， 使用單一32位數(shù)據總線傳送指令和數(shù)據，對存儲器的數(shù)據訪問支持8位、16位、 32位。并帶有如下資源10/100BaseTEthernet接口、 IO個通道的DMA控制器、 2個完全獨立的HDLC/UART/SPI串行口等。1) 通用外圍電路包括萬年歷及主板監(jiān)控由芯片DS1629負責，提供CPU板的溫度和萬年歷時間?？撮T狗電路由芯片IMP706及外圍電路實現(xiàn)，系統(tǒng)軟件正常運行時，定時刷 新看門狗。若系統(tǒng)軟件故障，在規(guī)定的時間內沒有刷新看門狗，則看門狗電路 發(fā)出復位信號，系統(tǒng)復位并重新運行。232串行通訊口提供目標板與上位機的串口通訊服務功能。以太網通訊口提 供標準以太網通訊接口，支持10M/100M兩種通訊模式。存儲器模塊包括16M的SDRAM，為上電后的程序運行和數(shù)據存儲空間，8M 的Flash，其中4M為系統(tǒng)程序存儲空間，4M為系統(tǒng)配置程序和用戶程序存儲空 間。2) 內部總線接口電路負責WTB板和MCB板間地址線、數(shù)據線和控制線的數(shù) 據緩沖和電平轉換，提供兩個板間的并行數(shù)據通信通道。3) MVBCS01接口電路負責MVBCS01協(xié)議控制器電路支持MVB底層鏈路功能；MAU實現(xiàn)MVB物理層 功能，負責MVB數(shù)據的收發(fā)；MVBCS01協(xié)議控制器負責MVB協(xié)議中鏈路層以下的功能，負責信號質量、 碰撞、閑聊監(jiān)測；支持多種主幀發(fā)送方式，可通過MFS主幀槽寄存器發(fā)送單個 主幀，也可通過建立主幀表自動或者定時發(fā)送主幀，進而實現(xiàn)總線管理功能； 有4095個邏輯端口，具有宿端口刷新超時檢測能力。該模塊的協(xié)議控制器芯片為MVBCSOl通訊控制器是針對機車車輛級網絡通訊設計的專用芯片，由Siemens研發(fā)， 負責MVB協(xié)議中鏈路層以下的功能，具有以下主要特點① 支持過程數(shù)據、消息數(shù)據、監(jiān)視數(shù)據(事件仲裁、設備狀態(tài)輪詢、主權 轉移功能)的傳輸，并具有總線管理和監(jiān)視功能；② 采用曼徹斯特編碼方式，數(shù)據傳輸速率為1.5MHZ，具有信號質量、碰撞、 閑聊監(jiān)測功能，有4095個邏輯端口和設備端口；③ 支持位模式數(shù)據強制，自動數(shù)據比較機制；④ 支持總線管理功能，支持多種主幀發(fā)送方式，可通過MFS主幀槽寄存器 發(fā)送單個主幀，也可通過建立主幀表自動或者定時發(fā)送主幀。另外，MVBCS01還有宿端口刷新超時檢測能力，有兩個通用定時器，能提供多個中斷矢量，以方便實現(xiàn)諸如設備狀態(tài)輪詢、主權轉移等功能。 4)MAU介質電路MVB-MAU通道電路負責MVB數(shù)據收發(fā)驅動，支持雙線冗余功能，可根據 實際需要采用ESD+，EMD雙絞線。 2、 WTB模塊WTB模塊是運行WTB鏈路軟件的硬件平臺，其硬件結構框圖如圖2所示。 其中CPU為8位處理器，負責運行WTB鏈路軟件，由于WTB鏈路軟件結構較 清晰，此處無需實時操作系統(tǒng)支持。其中，外部存儲器配置為128K的SRAM和 128K的flash; HDLC控制器負責將來自WTB總線的串行數(shù)據轉成CPU需要的并 行數(shù)據，并通過DMA方式與CPU進行高速數(shù)據交換；WTB MAU接口收發(fā)WTB 總線數(shù)據，采用雙線冗余以增強網絡數(shù)據交換的可靠性；FPGA芯片負責實現(xiàn) WTB通訊控制器功能，包括曼徹斯特編碼譯碼功能(通訊速率為lMbit/sec)、主輔 通道切換功能、信號品質監(jiān)視功能、冗余信道切換功能等。
權利要求1. 一種TCN網關，其特征在于包括MCB模塊和WTB模塊，其中所述的MCB模塊由32位中央處理器、MVB單元、MVBCS01協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供運行TCN網絡管理軟件、實時協(xié)議棧軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺；所述的WTB模塊由8位CPU處理器、WTBC協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供WTB鏈路軟件的運行平臺；MCB模塊與WTB模塊之間通過內部并行總線連接，總線由地址信號線、數(shù)據信號線和控制信號線組成；MCB模塊主處理器通過該內部并行總線發(fā)送地址、數(shù)據和控制信號來控制WTB模塊，并完成與WTB模塊處理器進行的數(shù)據交換；PW電源模塊通過背板接口電路給MCB模塊和WTB模塊供電。
2、 根據權利要求1所述的一種TCN網關，其特征在于所述的MCB模塊中的 32位中央處理器由芯片Net+50構成，其外圍電路包括萬年歷及主板監(jiān)控電路、 看門狗電路、232串行通訊口及以太網通訊口電路和存貯器電路，提供CPU板的 溫度和萬年歷時間，監(jiān)控系統(tǒng)軟件的正常運行、提供目標板與上位機的串口通 訊功能以及通過以太網通訊接口支持10M/100M兩種通訊模式和/或為系統(tǒng)提 供數(shù)據運行和存貯空間。
3、 根據權利要求1所述的一種TCN網關，其特征在于所述的MVBCS01協(xié) 議控制器由MVBCS01通訊控制器芯片構成，其接口電路支持MVB底層鏈路功 能，支持MAU實現(xiàn)MVB物理層功能，負責MVB數(shù)據的收發(fā)。
4、 根據權利要求1所述的一種TCN網關，其特征在于所述的內部并行總線 電路負責WTB板和MCB板間的地址線、數(shù)據線和控制線的數(shù)據緩沖和電平轉 換，提供兩板間的并行數(shù)據通訊通道。
5、 根據權利要求1所述的一種TCN網關，其特征在于所述的WTB模塊由8 位CPU處理器、外部存貯器電路、MAU接口和HDLC控制器組成，其中所述的 HDLC控制器負責將來自WTB總線的串行數(shù)據轉換成CPU需要的并行數(shù)據，并通 過DMA方式與CPU進行高速數(shù)據交換。
專利摘要本實用新型公開了一種TCN網關，其特征在于包括MCB模塊和WTB模塊，其中所述的MCB模塊由32位中央處理器、MVB單元、MVBCS01協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供運行TCN網絡管理軟件、實時協(xié)議棧軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺；所述的WTB模塊由8位CPU處理器、WTBC協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供WTB鏈路軟件的運行平臺；MCB模塊與WTB模塊之間通過內部并行總線進行WTB源、宿端口的過程數(shù)據、WTB的監(jiān)視數(shù)據和/或消息數(shù)據的數(shù)據通訊。本實用新型符合國際列車通訊網絡TCN標準IEC61375-1，為TCN列車通訊網絡中最高級的通訊設備，在軌道車輛中有廣泛應用。
文檔編號H04L12/40GK201111326SQ200720011749
公開日2008年9月3日 申請日期2007年4月18日 優(yōu)先權日2007年4月18日
發(fā)明者躍 于, 健 吳, 寧壽輝, 李常賢, 杜振環(huán), 杰 王, 鋒 王, 謝步明, 趙國平 申請人:謝步明