專利名稱：基于arm7 cpu核的mvb-worldfip網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及基于WORLDFIP現(xiàn)場總線和MVB多功能車輛總線的網(wǎng)絡控 制，主要涉及到一種基于ARM7 CPU核的用于兩種不同的現(xiàn)場總線間進行數(shù)據(jù)交 換的新型MVB—WORLDFIP網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
近年來隨著鐵路行業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)場總線由于其可靠性高、成本低、故障 率低等優(yōu)點使得其應用越來越廣泛。作為中國鐵路軌道車輛的網(wǎng)絡通訊標準， TCN總線在軌道交通領(lǐng)域中占有很大的比重，尤其是在機車、動車、地鐵等軌道 交通領(lǐng)域，TCN總線的應用尤其廣泛。WorldFIP網(wǎng)絡作為一種專門為工業(yè)現(xiàn)場 總線設計的網(wǎng)絡，目前也廣泛應用于軌道交通領(lǐng)域。在多種現(xiàn)場總線產(chǎn)品共存 的情況下，實現(xiàn)各種不同類型現(xiàn)場總線產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)交換成為當前我們需要迫 切解決的問題。本設計就是針對這一應用，采用了 A固7CPU設計出一種低成本、 高性能的MVB—WORLDFIP網(wǎng)關(guān)。
列車通信網(wǎng)絡TCN連接鐵路機車車輛上車載可編程設備，它包含兩級總線 WTB總線和MVB總線。多功能車輛總線MVB作為連接車輛內(nèi)設備，以及在固定編組 的列車組中連接各車輛設備的車輛總線，由于它的可靠性、靈活性而被世界上 越來越多的國家所采用。MVB總線采用曼徹斯特編碼，MVB通訊由一個總線主控 制，支持三種類型的數(shù)據(jù)過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)和監(jiān)視數(shù)據(jù)。
WorldFIP網(wǎng)絡是一種專門為工業(yè)現(xiàn)場總線設計的網(wǎng)絡，由于它的實時性、 同步性、可靠性的特點，目前己成為一種大量使用的高可靠性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。 與TCN網(wǎng)絡類似，WorldFIP使用差分曼徹斯特碼傳輸，并采用主從方式。網(wǎng)絡由 仲裁器和若干用戶站組成。WorldFIP使用信息生產(chǎn)者和消費者的概念，每個用 戶站可以有多個生產(chǎn)者/消費者變量。任何時候，生產(chǎn)者只能有一個，而消費者 可以是l個或多個。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對目前存在的問題，研發(fā)了一種兼容性高、設計新穎、靈活性強的用于在不同現(xiàn)場總線產(chǎn)品間進行數(shù)據(jù)交換的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)。本實用 新型的技術(shù)解決方案如下一種用于數(shù)據(jù)交換的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括MVB板卡、 WORLDFIP板卡及外圍電路，所述的MVB板卡與WORLDFIP板卡通過內(nèi)部并行總線 相連接；所述的MVB—WORLDFIP網(wǎng)關(guān)負責MVB和WORLDFIP數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換， 一方 面，將機車現(xiàn)場MVB設備的MVB數(shù)據(jù)流通過MVB總線網(wǎng)絡接口及MVB控制器傳 送到網(wǎng)關(guān)的MVB板卡，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部并行總線傳送到WORLDFIP 板卡，再傳送到機車現(xiàn)場的WORLDFIP設備；另一方面，將機車現(xiàn)場WORLDFIP 設備的WORLDFIP數(shù)據(jù)流通過WORLDFIP總線網(wǎng)絡接口及WORLDFIP控制器傳送到 網(wǎng)關(guān)的WORLDFIP板卡，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部并行總線傳送到MVB板 卡，再傳送到機車現(xiàn)場的MVB設備。所述的MVB板卡包括MVB單元和中央處理單元，是運行實時協(xié)議棧軟件和 MVB鏈路軟件的硬件平臺。所述的中央處理單元包括CPU中央處理器NET+50、 存儲器單元、RS232串行通訊口、以太網(wǎng)通訊口；所述MVB單元包括MVB協(xié)議控 制器MVBCSOl、 MVB總線網(wǎng)絡接口。所述的WORLDFIP板卡包括WORLDFIP單元和中央處理單元，是運行WORLDFIP 軟件的硬件平臺。所述的中央處理單元包括CPU中央處理器NET+50、存儲器單 元、RS232串行通訊口、以太網(wǎng)通訊口；所述的WORLDFIP單元包括通信控制器 FULLFIP2、介質(zhì)冗余控制器件FIPDUAL、總線驅(qū)動器件FIELDRIVE和信號隔離變 壓器FIELDTR。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的有益效果表現(xiàn)在為適應各種不同類型現(xiàn) 場總線產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)交換提供了一種基于ARM7的具有兼容性好、靈活性好和低 成本的新型網(wǎng)絡產(chǎn)品。

圖1 MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖；圖2 MVB板卡硬件結(jié)構(gòu)圖；圖3 WORLDFIP板卡硬件結(jié)構(gòu)圖；在圖中1、 MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)，2、 MVB板卡，3、 WORLDFIP板卡，4、 NET+50 CPU中央處理單元，5、 MVB協(xié)議控制器，6、 MVB總線網(wǎng)絡接口， 7、WORLDFIP協(xié)議控制器，8、 WORLDFIP總線網(wǎng)絡接口， 9、 RS-232通訊口， 10、存儲器單元，11、以太網(wǎng)通訊口。
具體實施方式
本實用新型的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)主要用于軌道交通和工業(yè)現(xiàn)場的現(xiàn)場控 制，下面對其工作機理及相關(guān)的重點電路進行詳細說明。網(wǎng)關(guān)完成兩方面的功能， 一方面，MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)從機車或現(xiàn)場的MVB 設備中采集數(shù)據(jù)，經(jīng)MVB總線網(wǎng)絡接口傳送到MVB板卡，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過 網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部并行總線傳送到WORLDFIP板卡，再傳送到機車現(xiàn)場的WORLDFIP設 備；另一方面，MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)從機車或現(xiàn)場的WORLDFIP設備中采集數(shù)據(jù)， 經(jīng)WORLDFIP總線網(wǎng)絡接口傳送到WORLDFIP板卡,經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過網(wǎng)關(guān)的 內(nèi)部并行總線傳送到MVB板卡，再傳送到機車現(xiàn)場的MVB設備。這樣實現(xiàn)了 MVB 數(shù)據(jù)流和WORLDFIP數(shù)據(jù)流之間的數(shù)據(jù)交換。如圖1所示，MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)1由兩塊板卡組成，包括MVB板卡2和 WORLDFIP板卡3。 MVB板卡包括NET+50中央處理單元4、 MVB協(xié)議控制器5、 MVB 總線網(wǎng)絡接口 6等部分，WORLDFIP板卡包括NET+50中央處理單元4、 WORLDFIP 協(xié)議控制器7、 WORLDFIP總線網(wǎng)絡接口 8等部分。如圖2所示，MVB板卡硬件包括NET+50中央處理單元4、 MVB協(xié)議控制器 5、 MVB總線網(wǎng)絡接口 6、 RS-232通訊口 9、存儲器單元10、以太網(wǎng)通訊口 11組 成。NET+50中央處理單元4是一款基于ARM7TDMI內(nèi)核的的純32位高性能嵌入 式RISC處理器，它支持32位、24位、16位以及8位數(shù)據(jù)總線。最高主頻可以 達到130MHz。采用3級指令流水線。使用單一 32位數(shù)據(jù)總線傳送指令和數(shù)據(jù)。 對存儲器的數(shù)據(jù)訪問支持8位，16位，32位。該芯片主要有以下的特征資源 帶有MII接口的完整10/100BaseT Ethernet MAC; 10個通道DMA控制器;2個 完全獨立的HDLC/UART/SPI串行口； P1284/ENI/GPI0接口，共享管腳；2個獨 立的27位可編程定時器；5個獨立的可編程片選；支持同步的和異步外設時序;支持所有的SRAM、 FD/ED0DRAM、 SDRAM、 FLASH、 EEPR0M;支持廣泛的實時操作 系統(tǒng)，如Nucleus、 VxWorks、 pSOS等。MVB協(xié)議控制器5采用MVBCS01通訊控制器，該控制器是針對機車車輛級網(wǎng)絡通訊設計的專用芯片，負責MVB協(xié)議中鏈路層以下的功能，主要功能是將控 制器要傳輸?shù)倪^程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCN網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)定的MVB 數(shù)據(jù)流格式，送到MAU收發(fā)器單元或者將MAU收發(fā)器單元上送來的信號解析成 標準的MVB數(shù)據(jù)流格式，并傳送給協(xié)議上層，供其使用。MVB總線網(wǎng)絡接口6為冗余網(wǎng)絡接口，由MVB收發(fā)器和MVB連接器組成，MVB收 發(fā)器的任務是將MVB外電路信號送入MVB協(xié)議控制器和/或?qū)VB控制器輸出的信 號送入MVB網(wǎng)絡，MVB連接器實現(xiàn)與外界的物理連接。如圖3所示，W0RLDFIP板卡硬件包括NET + 50中央處理單元4、 WORLDFIP協(xié) 議控制器7、 W0RLDFIP總線網(wǎng)絡接口8、存儲器單元10組成。WorldFIP通信協(xié)議控制器7選用FULLFIP2，它可以實現(xiàn)WorldFIP現(xiàn)場總線絕 大多數(shù)的聯(lián)接和應用協(xié)議，包括數(shù)據(jù)鏈路層的周期和非周期的緩沖傳送和信息 服務、具有總線仲裁功能，包括提示、刷新和同步機制。該芯片一旦配置成功, 它將能獨自完成相關(guān)的網(wǎng)絡功能，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存入自有的存儲器，供用戶調(diào) 用，中央處理單元負責運行應用軟件。W0RLDFIP總線網(wǎng)絡接口8為冗余網(wǎng)絡接口，由FIP總線驅(qū)動器和FIP隔離變壓 器組成，F(xiàn)IP隔離變壓器的任務是將WorldFIP外電路信號經(jīng)過磁隔離送入FIP總 線驅(qū)動器和/或?qū)IP總線驅(qū)動器的信號經(jīng)高頻變壓器送入WorldFIP網(wǎng)絡。
權(quán)利要求1、一種基于ARM7CPU核的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)(1)，其特征在于包括MVB板卡(2)、WORLDFIP板卡(3)，并通過內(nèi)部并行總線相連接；其中所述的MVB板卡(2)由NET+50CPU中央處理單元(4)、MVB協(xié)議控制器(5)和MVB總線網(wǎng)絡接口(6)組成，所述的WORLDFIP板卡(3)由NET+50CPU中央處理單元(4)、WORLDFIP協(xié)議控制器(7)和WORLDFIP總線網(wǎng)絡接口(8)組成；NET+50CPU中央處理單元(4)是整個網(wǎng)關(guān)的核心部分，其作用主要是負責控制MVB協(xié)議控制器(5)及WORLDFIP協(xié)議控制器(7)的工作時序，以及MVB、WORLDFIP數(shù)據(jù)流的生成；所述的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)(1)負責MVB和WORLDFIP數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，一方面，將機車現(xiàn)場MVB設備的MVB數(shù)據(jù)流通過MVB總線網(wǎng)絡接口(6)及MVB控制器(5)傳送到網(wǎng)關(guān)的MVB板卡(2)，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部并行總線傳送到WORLDFIP板卡(3)，再傳送到機車現(xiàn)場的WORLDFIP設備；另一方面，將機車現(xiàn)場WORLDFIP設備的WORLDFIP數(shù)據(jù)流通過WORLDFIP總線網(wǎng)絡接口(8)及WORLDFIP控制器(7)傳送到網(wǎng)關(guān)的WORLDFIP板卡(3)，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過網(wǎng)關(guān)的內(nèi)部并行總線傳送到MVB板卡(2)，再傳送到機車現(xiàn)場的MVB設備。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM7 CPU核的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)，其特征 在于所述的MVB單元包括MVB網(wǎng)絡協(xié)議控制器(5)和冗余MVB接口電路(6)， 所述MVB網(wǎng)絡協(xié)議控制器(5)由專用芯片構(gòu)成，用于對其接收的信息進行解碼， 存儲和實現(xiàn)與CPU單元的通訊接口功能；所述的MVB總線接口電路(6)則用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)在鏈路層和/或物理層的傳輸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ARM7 CPU核的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)，其特征 在于所述的WORLDFIP單元包括WORLDFIP網(wǎng)絡協(xié)議控制器(7 )和冗余的WORLDFIP 總線網(wǎng)絡接口電路(8)，所述WORLDFIP網(wǎng)絡協(xié)議控制器(7)由專用芯片構(gòu)成， 用于對其接收的信息進行解碼，存儲和實現(xiàn)與CPU單元的通訊接口功能；所述 的冗余接口電路(8)則用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)在鏈路層和/或物理層的傳輸。
專利摘要本實用新型公開了一種基于ARM7 CPU核的MVB-WORLDFIP網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括MVB板卡、WORLDFIP板卡及外圍電路，并通過內(nèi)部并行總線相連接；所述網(wǎng)關(guān)負責MVB和WORLDFIP數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換，將機車現(xiàn)場MVB設備的數(shù)據(jù)流通過MVB總線接口及MVB控制器傳送到網(wǎng)關(guān)的MVB板卡，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過網(wǎng)關(guān)的并行總線傳送到WORLDFIP板卡，再傳送到機車現(xiàn)場的WORLDFIP設備；反之將機車現(xiàn)場WORLDFIP設備的數(shù)據(jù)流通過WORLDFIP總線接口及WORLDFIP控制器傳送到網(wǎng)關(guān)的WORLDFIP板卡，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過網(wǎng)關(guān)的并行總線傳送到MVB板卡，再傳送到機車現(xiàn)場的MVB設備。
文檔編號H04L12/66GK201146536SQ20072001571
公開日2008年11月5日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者濤 吳, 寧壽輝 申請人:中國北車股份有限公司