專利名稱：Wtb-can網(wǎng)關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及符合TCN標(biāo)準(zhǔn)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，是具有CAN通信能 力的WTB網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。廣泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車輛 等實(shí)時(shí)性要求較高、能夠自動(dòng)編組的工業(yè)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
IEC61375-1《列車通信網(wǎng)絡(luò)》(簡(jiǎn)稱TCN標(biāo)準(zhǔn))，是一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也是我 國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。TCN標(biāo)準(zhǔn)是為鐵路機(jī)車車輛這一特殊應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)總 線標(biāo)準(zhǔn)，它制定了一個(gè)開放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機(jī)車車輛能夠相互 聯(lián)掛、不同廠商的設(shè)備能夠互聯(lián)。TCN標(biāo)準(zhǔn)一共定義了多功能車輛總線MVB 和絞線式列車總線WTB兩種形式，其中MVB總線連接一個(gè)車輛內(nèi)的設(shè)備，總 線工作頻率為1.5Mbit/s，介質(zhì)為雙絞線或光纖。MVB總線在鏈路層提供了兩種 傳輸服務(wù)(1)過程數(shù)據(jù)周期性的，源尋址廣播數(shù)據(jù)；(2)消息數(shù)據(jù)按 需傳送的，目標(biāo)尋址的數(shù)據(jù)報(bào)文。
CAN總線是公認(rèn)的最具發(fā)展前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，IS011898標(biāo)準(zhǔn)是它的國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)。CAN總線標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層 和應(yīng)用層。CAN總線是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng) 絡(luò)，具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。
目前，由于國(guó)內(nèi)CAN接口列車安全監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)要求，需要通過CAN 接口，將列車運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到列車安全監(jiān)控系中，方便于列車行車安全及維護(hù)。 于是WTB-CAN網(wǎng)關(guān)便成為TCN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)必需的關(guān)鍵設(shè)備，使得CAN與 WTB網(wǎng)絡(luò)達(dá)到無縫地結(jié)合。雖然用戶可以直接采購(gòu)國(guó)外的WTB-CAN網(wǎng)關(guān)，但 是國(guó)內(nèi)還沒有應(yīng)用于機(jī)車車輛行業(yè)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的WTB-CAN網(wǎng)關(guān)，所 以WTB-CAN網(wǎng)關(guān)的研制成功，標(biāo)志著全部WTB-CAN轉(zhuǎn)換技術(shù)己經(jīng)攻克，填 補(bǔ)了國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的空白，使我國(guó)的TCN網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階，對(duì)于 國(guó)內(nèi)鐵路機(jī)車車輛行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新具有現(xiàn)實(shí)意義。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的WTB-CAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備，主要應(yīng)用于鐵 路列車、地鐵列車和城市軌道交通行業(yè)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，連接CAN網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備。使它既具有了 WTB過程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也 具有CAN鏈路層和應(yīng)用層功能。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種WTB-CAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括以32位ARM7處理器為核心 的，外圍配置FLASH、 SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和RS232 協(xié)議控制器的核心處理電路、以8位處理器和ESCC控制器為核心的WTB協(xié)議 控制電路、以FPGA器件為核心的FPGA編解碼處理器、以RS485協(xié)議控制器 和MOSFET器件為核心的WTB總線驅(qū)動(dòng)器、以FPGA器件為核心的FPGA邏 輯處理器、以CAN獨(dú)立協(xié)議芯片為核心的CAN協(xié)議控制器、以光耦為核心的 CAN隔離光耦和以CAN驅(qū)動(dòng)芯片為核心的CAN總線收發(fā)器；所述核心處理電 路中的電源管理電路通過5伏電源線、3.3伏電源線和地線為上述電路中的所有 芯片提供供電電源；ARM7處理器NET+50芯片通過32根數(shù)據(jù)線和20根地址 線異步訪問FLASH,同時(shí)通過32根數(shù)據(jù)線和14根地址線同步訪問SDRAM, 完成程序的執(zhí)行；WTB總線上的冗余差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)通過兩組信號(hào)線分別傳送到 WTB總線驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)FPGA編解碼處理器轉(zhuǎn)化處理后，再存放于WTB協(xié)議控 制電路IS62C1024芯片中；ARM7處理器NET+50芯片通過16根數(shù)據(jù)線、19 根地址線和控制線互鎖機(jī)制，優(yōu)先訪問IS62C1024芯片，并取得設(shè)備數(shù)據(jù)，再 經(jīng)CAN協(xié)議控制器SJA1000芯片把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，傳送到CAN隔 離光耦進(jìn)行信號(hào)電氣隔離，最后通過CAN總線收發(fā)器傳送到CAN總線上形成 CAN差分信號(hào)。反之，從CAN總線到WTB總線的設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸過程與上述方 法相似。
所述的核心處理電路包括中央處理器、FLASH、 SDRAM、電源管理電路、 復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和RS232協(xié)議控制器。其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。核 心處理電路作為網(wǎng)關(guān)核心處理單元，不僅完成WTB過程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功 能和總線管理功能，也完成CAN鏈路層和應(yīng)用層功能。
所述的WTB協(xié)議控制電路是WTB網(wǎng)絡(luò)的核心部件，完成WTB總線鏈路 層功能；WTB總線驅(qū)動(dòng)器是以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的，
4完成WTB總線物理層功能；FPGA編解碼處理器是總線信號(hào)編碼和解碼器件，
完成WTB總線信號(hào)編解碼功能。。核心處理電路和WTB協(xié)議控制電路在進(jìn)行 數(shù)據(jù)交換時(shí)，通過控制信號(hào)來解決訪問沖突問題，在雙方爭(zhēng)用同一地址單元時(shí)， 其片內(nèi)硬件電路可根據(jù)兩邊的地址、片選以及讀寫信號(hào)到達(dá)先后順序來裁決哪 方有使用權(quán)，避免因此而產(chǎn)生的讀寫錯(cuò)誤。而WTB協(xié)議控制電路生成HDLC 報(bào)文，傳送到FPGA處理器轉(zhuǎn)化生成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器完成對(duì) WTB總線的操作。
所述的CAN協(xié)議控制器是CAN網(wǎng)絡(luò)的核心部件，完成CAN鏈路層功能； FPGA邏輯處理器是以FPGA芯片為物理介質(zhì)的，調(diào)整控制電路的邏輯和時(shí)序； CAN隔離光耦是以光耦器件為核心的，將差分信號(hào)進(jìn)行電氣隔離；CAN總線收 發(fā)器以CAN總線驅(qū)動(dòng)芯片為核心的，增強(qiáng)CAN總線的驅(qū)動(dòng)能力。核心處理電 路通過FPGA邏輯處理器轉(zhuǎn)化成的地址數(shù)據(jù)復(fù)用方式，訪問CAN協(xié)議控制器， 經(jīng)過CAN隔離光耦進(jìn)行電氣隔離調(diào)整，經(jīng)CAN總線收發(fā)器對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操 作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 本實(shí)用新型符合IEC61375和IS011898,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在WTB網(wǎng)絡(luò)與 CAN總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換這一技術(shù)領(lǐng)域的空白。
(2) 本實(shí)用新型通過了 CAN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品例行試驗(yàn)項(xiàng)目，完成與國(guó)外CAN產(chǎn) 品的一致性測(cè)試。
(3) 本實(shí)用新型通過了 TCN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品例行試驗(yàn)項(xiàng)目，完成與國(guó)外WTB產(chǎn) 品的一致性測(cè)試。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型核心處理電路的硬件結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型中央處理器及其外圍電路接口電路圖； 圖4是本實(shí)用新型WTB協(xié)議控制電路接口電路圖； 圖5是本實(shí)用新型CAN協(xié)議控制器及其外圍電路接口電路圖； 圖1是本實(shí)用新型的說明書摘要附圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種WTB-CAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備，包括核心處理電路、WTB協(xié)議控制電路、FPGA編解碼處理器、WTB總線驅(qū)動(dòng)器、FPGA邏輯處理器、CAN協(xié) 議控制器、CAN隔離光耦和CAN總線收發(fā)器，其中的核心處理電路通過WTB 協(xié)議控制電路生成HDLC報(bào)文，傳送到FPGA編解碼處理器轉(zhuǎn)化生成曼徹斯特 信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器傳送到WTB總線上；同時(shí)它也將數(shù)據(jù)通過FPGA邏 輯處理器生成地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)，傳送到CAN協(xié)議控制器中轉(zhuǎn)化為鏈路層報(bào)文， 通過CAN隔離光耦變成隔離的差分電平信號(hào)，經(jīng)CAN總線收發(fā)器傳送到CAN 上去。
所述的核心處理電路是以32位中央處理器為核心的，外圍配置FLASH、 SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和RS232協(xié)議控制器。其中所述 的中央處理器選用NetSilicon公司的32位處理器NET+50，它內(nèi)嵌ARM7TDMI 核，支持32位內(nèi)部總線，有40個(gè)可編程I/O接口引腳，16個(gè)輸入接口引腳， 36個(gè)可編程中斷。本系統(tǒng)中，處理器的晶振頻率為18.432M，異步訪問SDRAM 的周期為60ns。由于WTB協(xié)議控制電路插入的等待時(shí)間可達(dá)10us，因而處理 器的訪問速度保證了 WTB協(xié)議控制電路對(duì)WTB總線數(shù)據(jù)的可靠接收和發(fā)送。
所述的WTB協(xié)議控制電路是WTB網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用IS62C1024芯片、 Zilog公司的Z8S180芯片和Z85230芯片，具有WTB高級(jí)設(shè)備功能；WTB總線 驅(qū)動(dòng)器是以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的，選用Ltcl485和 ZVN2106GTA芯片，具有RS485差分信號(hào)收發(fā)及電平驅(qū)動(dòng)功能；FPGA邏輯處 理器是WTB網(wǎng)絡(luò)的編解碼器，選用Xilinx公司的XC2S30芯片，具有WTB總 線編解碼功能。
所述的CAN協(xié)議控制器是CAN網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用SJA1000芯片，支 持IS011898規(guī)范；CAN總線收發(fā)器是以CAN驅(qū)動(dòng)器為核心的，選用PCA82C250
芯片，具有增強(qiáng)CAN總線驅(qū)動(dòng)功能；CAN隔離光耦是對(duì)信號(hào)進(jìn)行電氣隔離， 選用6N137器件，調(diào)整和整形電氣信號(hào)。
權(quán)利要求1、一種WTB-CAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括以32位ARM7處理器為核心的，外圍配置FLASH、SDRAM、電源管理電路、復(fù)位電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和RS232協(xié)議控制器的核心處理電路、以8位處理器和ESCC控制器為核心的WTB協(xié)議控制電路、以FPGA器件為核心的FPGA編解碼處理器、以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的WTB總線驅(qū)動(dòng)器、以FPGA器件為核心的FPGA邏輯處理器、以CAN獨(dú)立協(xié)議芯片為核心的CAN協(xié)議控制器、以光耦為核心的CAN隔離光耦和以CAN驅(qū)動(dòng)芯片為核心的CAN總線收發(fā)器；所述核心處理電路中的電源管理電路通過5伏電源線、3.3伏電源線和地線為上述電路中的所有芯片提供供電電源；ARM7處理器NET+50芯片通過32根數(shù)據(jù)線和20根地址線異步訪問FLASH，同時(shí)通過32根數(shù)據(jù)線和14根地址線同步訪問SDRAM，完成程序的執(zhí)行；WTB總線上的冗余差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)通過兩組信號(hào)線分別傳送到WTB總線驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)FPGA編解碼處理器轉(zhuǎn)化處理后，再存放于WTB協(xié)議控制電路IS62C1024芯片中；ARM7處理器NET+50芯片通過16根數(shù)據(jù)線、19根地址線和控制線互鎖機(jī)制，優(yōu)先訪問IS62C1024芯片，并取得設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)CAN協(xié)議控制器SJA1000芯片把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，傳送到CAN隔離光耦進(jìn)行信號(hào)電氣隔離，最后通過CAN總線收發(fā)器傳送到CAN總線上形成CAN差分信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種WTB-CAN網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括核心處理電路、WTB協(xié)議控制電路、FPGA編解碼處理器、WTB總線驅(qū)動(dòng)器、FPGA邏輯處理器、CAN協(xié)議控制器、CAN隔離光耦和CAN總線收發(fā)器。核心處理電路通過WTB協(xié)議控制電路生成HDLC報(bào)文，傳送到FPGA編解碼處理器轉(zhuǎn)化成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器傳送到WTB總線上；同時(shí)它也將數(shù)據(jù)經(jīng)FPGA邏輯處理器傳送到CAN協(xié)議控制器中轉(zhuǎn)化為鏈路層報(bào)文，通過CAN隔離光耦變成隔離的差分電平信號(hào)，經(jīng)CAN總線收發(fā)器傳送到CAN總線上去。本實(shí)用新型具有WTB過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)管理功能，也具有CAN鏈路層和應(yīng)用層功能。
文檔編號(hào)H04L29/08GK201274504SQ20082021845
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月13日
發(fā)明者躍 于, 任寶兵, 健 吳, 杜振環(huán), 譚雷雨 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司