專利名稱：一種實現(xiàn)mvb總線與第三方設(shè)備互連的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機車網(wǎng)絡(luò)通訊裝置，尤其是一種應(yīng)用于機車車輛網(wǎng)絡(luò)通訊， 實現(xiàn)MVB總線與多種第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
目前在我國機車網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品中，IEC61375標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的TCN (Train CommunicationNetwork的簡寫，即列車通訊網(wǎng)，目前國際標(biāo)準(zhǔn)的TCN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)號為 IEC61375-1)網(wǎng)絡(luò)日益占據(jù)主導(dǎo)地位，同時在大量的新老設(shè)備上其它通訊方式仍然會并 存較長一段時間。在我國地鐵、輕軌、干線機車等多個領(lǐng)域存在著大量的將TCN網(wǎng)絡(luò)的 MVB (multifunction vehicle bus的簡寫，即多功能車輛總線)總線與其它不具有MVB接 口的設(shè)備進(jìn)行互連的需求。例如一些設(shè)備，可能具有RS232、RS485、CAN、以太網(wǎng)或者并行總 線接口，系統(tǒng)集成方需要將這些設(shè)備統(tǒng)一上掛到MVB網(wǎng)絡(luò)，以便統(tǒng)一管理和操控。一種現(xiàn)有 技術(shù)是芬蘭EKE公司機箱式TCN產(chǎn)品，這種裝置可以實現(xiàn)MVB總線與VME并行總線的數(shù)據(jù) 交換。這種現(xiàn)有技術(shù)采用類似芬蘭EKE公司的機箱式TCN產(chǎn)品，這種裝置因為機箱結(jié)構(gòu)的 局限，不利于列車個體狹長、空間緊湊的安裝特點，在一些車型上安裝有困難，并且只能實 現(xiàn)單獨的MVB與VME數(shù)據(jù)交換。2008年4月23日公開，文獻(xiàn)號為CN101170524A，名稱為基 于ARM的MVB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的中國實用新型專利申請公開了一種基于ARM7核實現(xiàn)了單獨的 MVB與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的技術(shù)方案。2008年2月13日公開，文獻(xiàn)號為CN101123592A，名稱 為基于ARM7核微處理器的MVB-CAN網(wǎng)關(guān)的中國實用新型專利申請公開了一種基于ARM7核 實現(xiàn)單獨的MVB與CAN數(shù)據(jù)交換的裝置。這兩種現(xiàn)有技術(shù)由于一個模塊只能實現(xiàn)一種數(shù)據(jù) 交換，并且由于采用的是單核CPU，在處理通訊協(xié)議棧、數(shù)據(jù)交換協(xié)議棧時，對于同時處理實 時控制功能不利。另有一些未批量的產(chǎn)品上，已經(jīng)具有RS232接口，但是僅僅將其作為調(diào)試 接口而未實現(xiàn)RS232與MVB的數(shù)據(jù)交換。目前尚無專門的通訊產(chǎn)品在一個獨立模塊上，實 現(xiàn)MVB與上述多種接口的數(shù)據(jù)交換。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有機車網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品的不足，提供一種實現(xiàn)MVB總 線與多種第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置，以達(dá)到在一個產(chǎn)品上實現(xiàn)MVB總線與多種接口的第 三方設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具有較廣泛的接口匹配能力的目的。按照本實用新型，上述技術(shù)問題是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，包括CPU、MVB模塊、電源模塊和CPU 最小系統(tǒng)，CPU與MVB模塊相連，電源模塊與CPU和MVB模塊相連，該裝置還包括至少兩種 總線通訊接口，所述總線通訊接口與CPU相連，通過CPU與MVB模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，所述裝置進(jìn)一步包括CPLD，CPLD分別與CPU 和MVB模塊相連，CPLD將CPU的控制信號和地址信號進(jìn)行時序調(diào)整后傳遞給MVB模塊。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，所述裝置進(jìn)一步包括AMS總線接口，所述AMS總線接口通過CPLD進(jìn)而與CPU相連，完成AMS并行總線通信。從而使得我國鐵路大量使用 的基于AMS總線的機箱式產(chǎn)品也能連入MVB網(wǎng)絡(luò)，極大拓展了 MVB網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，所述裝置進(jìn)一步包括以太網(wǎng)絡(luò)接口電路，所 述以太網(wǎng)絡(luò)接口電路與CPU相連；所述裝置進(jìn)一步包括RS232接口電路，所述RS232接口電 路與CPU相連；所述裝置進(jìn)一步包括RS485接口電路，所述RS485接口電路與CPLD相連；所 述裝置進(jìn)一步包括CAN總線接口電路，所述CAN總線接口電路與CPLD相連。這樣做能在一 個裝置上實現(xiàn)MVB總線與多種接口的數(shù)據(jù)交換，使得本實用新型所述的裝置具有較廣泛的 接口匹配能力。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，所述CPU包括兩個內(nèi)核，其中一個內(nèi)核執(zhí)行 總線通訊與數(shù)據(jù)交換功能，另一個內(nèi)核執(zhí)行實時控制功能。這樣可在實現(xiàn)總線通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換的同時，很好地完成數(shù)據(jù)通訊的實時控制功能。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，所述裝置包括SDRAM和FLASH，SDRAM與CPU 相連，作為程序的運行空間，F(xiàn)LASH分別與CPU、CPLD和MVB模塊相連，作為程序的存儲空間。作為本實用新型進(jìn)一步的實施方式，所述MVB模塊包括MVB通訊控制器，MVB通訊 存儲器和緩沖器，MVB通訊控制器分別與MVB通訊存儲器和緩沖器相連，所述緩沖器包括地 址緩沖器和數(shù)據(jù)緩沖器。通過應(yīng)用此種實施方式所描述的裝置，在一個產(chǎn)品上實現(xiàn)了 MVB與多種接口的數(shù) 據(jù)交換，具有較廣泛的接口匹配能力。同時實現(xiàn)了 MVB總線與AMS并行總線的數(shù)據(jù)交換，從 而使得我國鐵路大量使用的基于AMS總線的機箱式產(chǎn)品也能連入MVB網(wǎng)絡(luò)，極大拓展了 MVB 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。另外，由于本方案采用的CPU實際具有兩個內(nèi)核，可在實現(xiàn)總線通訊、數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換的同時，很好的完成實時控制功能，具有較多的集成功能，可減少外圍模塊，降低成 本。

圖1為本實用新型一種實施方式的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型一種實施方式MVB子系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本實用新型一種實施方式的軟件結(jié)構(gòu)組成框圖；圖4為本實用新型一種實施方式的外部結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-CPU，2-CPLD,3-MVB 模塊，4-SDRAM，5-FLASH，6-復(fù)位電路，7-以太網(wǎng)絡(luò) 接 口 電路，8-RS232 接 口 電路，9-LED，10-NVRAM, 11-DTI，12-DC/DC 模塊 1，13-DC/DC 模塊 2，14-線性電源模塊，15-電源模塊，21-MVB通訊接口，22-現(xiàn)場通信接口，23-電源接口， 24-狀態(tài)指示燈，25-RS232接口，26-以太網(wǎng)接口，31-MVB通訊控制器，32-MVB通訊存儲器， 33-緩沖器，331-地址緩沖器，332-數(shù)據(jù)緩沖器。
具體實施方式
附圖給出了本實用新型的具體實施例，下面將通過附圖和實施例對本實用新型作 進(jìn)一步的描述。作為本實用新型一種較佳的實施方式，如圖1所示的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方 設(shè)備互連的裝置包括包括CPU最小系統(tǒng)(MCF5235、FLASH、SDRAM、電源等)、1個以太網(wǎng)口、1 個 RS232 接口、兩個 CAN 口、兩個 485 口、兩個 485/422 口、一對 MVB 口。[0021]板級電源部分包括板上使用了 5V、3.3V、1.5V這3種電源，板上5V電源由電源 模塊輸出，直接供給MVB子系統(tǒng)使用；3. 3V電源由5V電源通過LM2853開關(guān)電源轉(zhuǎn)化得來， 供給CPU的10、最小系統(tǒng)、以太網(wǎng)電源等使用，采用開關(guān)電源的原因是為了提高電源效率； 1. 5V電源由3. 3V電源通過LP3882線性電源轉(zhuǎn)化得來，僅供CPU的內(nèi)核使用，使用線性電源 的原因是為了保證CPU內(nèi)核電壓的穩(wěn)定性；當(dāng)作為模塊使用時，可使用機車標(biāo)準(zhǔn)IlOV電源 或者使用專門的5V供電電源，當(dāng)作為機箱插件使用時，使用背板總線的5V供電電源。CPU最小系統(tǒng)包含MCF5235的CPU、MT48LC8M16A2的SDRAM作為程序的運行空間、 SST39VF6401B或者M(jìn)29W640G的FLASH作為程序的存儲空間。CPUl的芯片采用FreeScale公 司的coldfire CPU系列中的MCF5235具有一個內(nèi)核和一個ETPU (增強型時鐘處理單元)， 該CPU核可用于處理數(shù)據(jù)交換，另一個內(nèi)核(ETPU單元)專用于實現(xiàn)與時間參數(shù)密切相關(guān) 的控制功能，在一個模塊上同時高效的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換功能與實時控制功能。CPU內(nèi)嵌了一個以太網(wǎng)控制器，因此本方案只需要外加以太網(wǎng)收發(fā)器，選用 了 MICREL公司的KSZ8721BLI收發(fā)器，另外為了網(wǎng)口受到外部沖擊，在以太網(wǎng)入口處增 加SLVU2. 8作為防浪涌保護(hù)器件。利用CPU內(nèi)嵌的UART 口，外擴(kuò)MAX202將信號轉(zhuǎn)換 為RS232信號，并在232入口處增加PS0T15C作為防浪涌保護(hù)器件。RS485/422 口 在 CPLD(complicatedprogrammabIe logic device的簡寫，即復(fù)雜可編程邏輯器件)實現(xiàn)4個 可配置的UART控制器，CPU將其當(dāng)做普通外設(shè)操作；為增強其防護(hù)能力，線對地采用PROTEK 公司PSM712的TVS管，提供600W的共模浪涌防護(hù)能力；第1、2個UART 口物理層僅實現(xiàn)485 口，第3、4個UART (通用異步串行通訊接口)口物理層實現(xiàn)485/422復(fù)用，因此最多可實現(xiàn) 4個485 口或者2個485 口加兩個422 口 ；利用CPU自帶的兩個CAN控制器實現(xiàn)兩路CAN 接口，為增強其防護(hù)能力，采用NUP2105L作為共模防護(hù)，提供600W的共模浪涌防護(hù)能力。 DTIll為DMA時鐘中斷，即直接存儲訪問時鐘中斷。MVB子系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示，其中MVBC為專用MVB通訊控制芯片，標(biāo) 記331處為地址緩沖器，標(biāo)記332處為數(shù)據(jù)緩沖器，標(biāo)記32處為MVB通訊存儲器；隔離電源 部分如圖1所示，由于存在多種總線通訊，使用到多個D⑶C隔離電源；為防止多個D⑶C隔 離電源同時上電引起對總電源的沖擊，在電源輸入腳加入了一個電源開關(guān)，CPU通過IO腳 可以靈活控制該電源開關(guān)，錯開多個DCDC隔離電源的啟動時間；需注意，用作控制開關(guān)的 IO腳須為5V信號，確保與VCC無壓差。非易失性隨機存取存儲器NVRAM，用來暫存要寫到FLASH的數(shù)據(jù)；因為FLASH有壽 命的限制，不能太頻繁的寫入，因此將要寫入的數(shù)據(jù)先寫到NVRAM中，例如可以累積到4K字 節(jié)再一次性寫入，不用一個字節(jié)一個字節(jié)的寫入。指示燈第一個與第二個分別用來指示5V 電源和3. 3V電源是否接通、第三個指示CPU運行是否正常、第4、5、6個用來指示MVBC工作 狀態(tài)、第7和第8預(yù)留給客戶應(yīng)用程序使用。CPLD主要用于將CPU的控制信號、地址信號進(jìn) 行時序調(diào)整后傳遞給MVBC，以滿足二者的時序匹配。復(fù)位信號同時傳輸給CPU和CPLD，主 要有兩種情況進(jìn)行復(fù)位，第一是上電復(fù)位，第二是看門狗復(fù)位，即當(dāng)CPU或者CPLD不正常時 外部看門狗就得不到周期性指令而導(dǎo)致的復(fù)位。如圖3所示為本實用新型一種實施方式的軟件結(jié)構(gòu)組成框圖，在軟件結(jié)構(gòu)方面， 一種實施方式采用層次化的軟件結(jié)構(gòu)，軟件層次圖如下所示，采用VXW0RKS操作系統(tǒng)，實 現(xiàn)了 MVB列車通訊網(wǎng)絡(luò)的實時通訊協(xié)議以及各種通訊任務(wù)，在上層采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131的ISAGRAF軟件用于應(yīng)用程序的開發(fā)，并提供各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換固件。其中硬件物理 層以上為系統(tǒng)軟件架構(gòu)BSP負(fù)責(zé)起動CPU最小系統(tǒng)、串口、以太網(wǎng)口 ；VxWORKS實時操作系 統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度、文件系統(tǒng)管理等與特定客戶應(yīng)用無關(guān)的管理；CAN通訊、485/422T通 訊、以太網(wǎng)通訊、RS232通訊、ETPU (enhanced time processor的簡寫，即飛思卡爾coldf ire 系列一些CPU中集成的帶有自身內(nèi)核和存儲單元的可編程IO控制器，它獨立于主CPU核， 可以實現(xiàn)復(fù)雜的與時間相關(guān)的控制功能如IO處理、串口通訊、馬達(dá)控制等，這樣，主CPU核 可以解放出來去處理其它事件)控制等為執(zhí)行特定客戶應(yīng)用的任務(wù)程序；MVB鏈路層、RTP、 匪三者是一個整體，負(fù)責(zé)實現(xiàn)IEC61375所規(guī)定的MVB通訊；ISAGRAF虛擬機用于ISAGRAF 用戶程序的解釋執(zhí)行；ISAGRAF層為用戶程序直接與用戶接觸的圖形界面，為用戶提供圖 形化二次開發(fā)功能。如圖4所示為本實用新型一種實施方式的外部結(jié)構(gòu)示意圖，作為模塊使用時由殼 體和一個前面板組成，PCB上不安裝背板總線接口的插頭。其中前面板的標(biāo)記含義分別為 1、兩個MVB通訊用DB9插頭，一進(jìn)一出；2、其它現(xiàn)場使用的插頭，RS485/422、RS232、CAN總 線、ETPU控制輸入輸出功能等；3、電源接頭；4、狀態(tài)指示燈；5、RS232串口 ；6、工業(yè)以太網(wǎng) 接頭。模塊殼體之間靠長螺絲固定在一起，電路板靠短螺絲固定在殼體上。本實用新型所描述的設(shè)備是一種MVB四類設(shè)備，MVB四類設(shè)備即為一種可以實現(xiàn) 過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)等，具有完全MVB主站功能的設(shè)備，其中過程數(shù)據(jù)為IEC61375-1中規(guī) 定的周期收發(fā)的數(shù)據(jù)，主要用來傳輸一些實時性要求較高的參數(shù)，例如積分曲線要求的參 數(shù)等。消息數(shù)據(jù)為IEC61375-1中規(guī)定的偶發(fā)性的數(shù)據(jù)，可以傳輸較大容量、實時性要求低 于過程數(shù)據(jù)的一些參數(shù)，例如故障的環(huán)境參數(shù)等。本實用新型可實現(xiàn)MVB總線與RS232、 485/422,CAN,以太網(wǎng)、AMS并行總線的數(shù)據(jù)交換，使用MCF5235的CPU執(zhí)行通訊協(xié)議棧與數(shù) 據(jù)交換功能、利用其ETPU單元執(zhí)行實時控制功能、MT48LC8M16A2的SDRAM作為程序的運行 空間、SST39VF6401B的FLASH作為程序的存儲空間，采用EPM1270的CPLD實現(xiàn)控制邏輯與 時序接口以及4個UART控制器，采用MVBCOl專用芯片完成MVB通訊控制；模塊功能的實現(xiàn) 采用VXW0RKS實時操作系統(tǒng)和層次化的軟件結(jié)構(gòu)。本實用新型所描述的設(shè)備，既可以加上外殼成為一個獨立的產(chǎn)品模塊，也可以作 為AMS機箱產(chǎn)品的一個插件，具有良好的安裝適應(yīng)性；另外在這一個產(chǎn)品上實現(xiàn)了 MVB與多 種接口的數(shù)據(jù)交換，具有較廣泛的接口匹配能力；另外，由于本方案采用的CPU實際具有兩 個內(nèi)核，可在實現(xiàn)總線通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的同時，很好的完成實時控制功能，具有較多的集成 功能，可減少外圍模塊，降低成本。雖然結(jié)合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以在 所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變形或修改。本實用新型技術(shù)方案所采用的芯片和元器件 包括但不限于具體實施方式
當(dāng)中所列舉的具體型號。
權(quán)利要求一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，包括CPU(1)、MVB模塊(3)、電源模塊(15)和CPU最小系統(tǒng)，CPU(1)與MVB模塊(3)相連，電源模塊(15)與CPU(1)和MVB模塊(3)相連，其特征在于該裝置還包括至少兩種總線通訊接口，所述總線通訊接口與CPU(1)相連，通過CPU(1)與MVB模塊(3)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括CPLD (2)，CPLD (2)分別與CPU(I)和MVB模塊(3)相連，CPLD (2)將CPU(I) 的控制信號和地址信號進(jìn)行時序調(diào)整后傳遞給MVB模塊(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置， 其特征在于所述裝置包括AMS總線接口，所述AMS總線接口通過CPLD(2)進(jìn)而與CPU(I) 相連，完成AMS并行總線通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括以太網(wǎng)絡(luò)接口電路(7)，所述以太網(wǎng)絡(luò)接口電路(7)與CPU(I)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括RS232接口電路(8)，所述RS232接口電路(8)與CPU(I)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括RS485接口電路，所述RS485接口電路與CPLD (2)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括CAN總線接口電路，所述CAN總線接口電路與CPLD (2)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述CPU(I)包括兩個內(nèi)核，其中一個內(nèi)核執(zhí)行總線通訊與數(shù)據(jù)交換功能，另一個內(nèi)核執(zhí)行 實時控制功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括SDRAM(4)和FLASH(5)，SDRAM(4)與CPU(I)相連，作為程序的運行空間， FLASH(5)分別與CPU(I)、CPLD (2)和MVB模塊(3)相連，作為程序的存儲空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，其特征在于 所述MVB模塊(3)包括MVB通訊控制器(31)，MVB通訊存儲器(32)和緩沖器(33)，MVB通 訊控制器(31)分別與MVB遍訊存儲器(32)和緩沖器(33)相連，所述緩沖器(33)包括地 址緩沖器(331)和數(shù)據(jù)緩沖器(332)。
專利摘要一種實現(xiàn)MVB總線與第三方設(shè)備互連的裝置，主要應(yīng)用于鐵路領(lǐng)域，包括CPU(1)、MVB模塊(3)、電源模塊(15)和CPU最小系統(tǒng)，CPU(1)與MVB模塊(3)相連，電源模塊(15)與CPU(1)和MVB模塊(3)相連，該裝置還包括至少兩種總線通訊接口，總線通訊接口與CPU(1)相連，通過CPU(1)與MVB模塊(3)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過應(yīng)用此種實施方式所描述的裝置，在一個產(chǎn)品上實現(xiàn)了MVB與多種接口的數(shù)據(jù)交換，具有較廣泛的接口匹配能力。實現(xiàn)了MVB總線與AMS并行總線的數(shù)據(jù)交換，從而使得我國鐵路大量使用的基于AMS總線的機箱式產(chǎn)品也能連入MVB網(wǎng)絡(luò)，極大拓展了MVB網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。另外，由于本方案采用的CPU實際具有兩個內(nèi)核，可在實現(xiàn)總線通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的同時，很好的完成實時控制功能，具有較多的集成功能，可減少外圍模塊，降低成本。
文檔編號H04L12/28GK201629759SQ20092025994
公開日2010年11月10日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者易偉民, 羅林, 肖家博 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司