專利名稱：一種基于arm7的canopen-hdlc網(wǎng)關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及符合IS011898、CIA DS-301 Ver. 4. 02 和 IS013239-2002 標準的 CAN0PEN和HDLC兩種列車總線。CAN0PEN-HDLC是同時具有CAN0PEN和HDLC通信功能的網(wǎng)關。在兩種列車總線間進行轉換。廣泛應用于地鐵、輕軌和鐵路機車等工業(yè)控制領域。
背景技術：
隨著國內鐵路的高速發(fā)展，國外很多先進的技術涌入到國內市場。我國現(xiàn)在用的列車通信總線主要有CANOPEN、HDLC、MVB和W0RLDFIP等。在一輛車上只有一種總線形式存在。這就涉及到一個問題，有些產(chǎn)品的對外接口是固定的，從而在應用到其他總線列車上時出現(xiàn)接口不統(tǒng)一，無法使用的現(xiàn)象。于是CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關便成為兩種總線接口必須的關鍵設備，對于鐵路機車行業(yè)的技術通用性有著重要意義。CAN0PEN是一種架構在控制局域網(wǎng)絡(Control Area Network，CAN)上的高層通訊協(xié)議，在工業(yè)控制領域得到廣泛應用。遵循ISOl 1898標準和CIA DS-301 Ver. 4. 02標準。 CAN總線僅僅定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，沒有規(guī)定應用層，本身不完整。CAL協(xié)議是目前基于CAN的高層通訊協(xié)議的一種，CAL提供了 4種應用層服務功能CMS、NMT, DBT和LMT。 而CAN0PEN協(xié)議是基于CAL協(xié)議基礎上進行擴展的。CAN0PEN提供了所有的網(wǎng)絡管理服務和保溫傳送協(xié)議，提供了分布式控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案。CAN0PEN在保證網(wǎng)絡節(jié)點互用性的同時允許節(jié)點的功能隨意擴展。七十年代初，IBM公司率先提出了面向比特的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC (Synchronous Data Link Control)。隨后，ANSI 和 ISO 均采納并發(fā)展了 SDLC，分別提出了自己的標準ANSI 的高級通信控制過程 ADCCP (Advanced DataControl Procedure), ISO 的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC (High-level Data Link Control)0 HDLC是面向比特的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議的典型代表，該協(xié)議不依賴于任何一種字符編碼集；數(shù)據(jù)報文可透明傳輸， 用于實現(xiàn)透明傳輸?shù)摹?比特插入法”易于硬件實現(xiàn)；全雙工通信，有較高的數(shù)據(jù)鏈路傳輸效率；所有幀采用CRC校驗，對信息幀進行順序編號，傳輸可靠性高；傳輸控制功能與處理功能分離。目前我國鐵路行業(yè)暫時還沒有該類產(chǎn)品，給子供應商帶來諸多不便。當本產(chǎn)品的接口和列車總線不符時，只能選擇放棄。而CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關研發(fā)的成功，填補了這個的空白，使我國多種列車總線的融合更進了一步，給混合型的列車控制提供了一種解決方案， 使我國的列車通信技術更上了一個新臺階。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決上述技術問題而提供一種基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，主要應用于在地鐵、輕軌列車和城市軌道交通系統(tǒng)中，實現(xiàn)CAN0PEN網(wǎng)絡控制系統(tǒng)和HDLC網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的互聯(lián)，具有CAN0PEN總線主和HDLC網(wǎng)絡主節(jié)點或從節(jié)點的功能。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于ARM7的CAN0PEN — HDLC網(wǎng)關，包括主控板卡、CAN0PEN接口板卡、HDLC接口板卡、RS232_USB板卡、電源板卡以及背板；所述的主控板卡、 CAN0PEN接口板卡、HDLC接口板卡、RS232_USB板卡、電源板卡均通過所述背板的總線連接； 所述的電源板卡為所述的主控板卡、CAN0PEN接口板卡、HDLC接口板卡、RS232_USB接口板卡提供工作電壓；所述的CAN0PEN接口板卡負責CAN0PEN總線設備數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述的HDLC接口板卡負責HDLC總線設備數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述的主控板卡負責CAN0PEN協(xié)議編解碼、HDLC協(xié)議編解碼、協(xié)議轉換、CAN0PEN總線主以及HDLC總線主的數(shù)據(jù)處理；所述的 RS232_USB接口板卡負責CAN0PEN協(xié)議和HDLC協(xié)議與RS232和USB通信協(xié)議的轉換輸出以及應用程序下載。所述的主控板卡包括CPU、USB接口、RS232協(xié)議控制器及與所述的RS232協(xié)議控制器連接的RS232接口 ；所述的CPU與所述的USB接口、RS232協(xié)議控制器連接；所述的CPU 處理通過所述背板上的背板總線自所述的HDLC接口板卡和CAN0PEN接口板卡傳來的數(shù)據(jù)， 同時對CAN0PEN總線和HDLC總線的同步報文進行解析和處理；通過所述的RS232協(xié)議控制器將采集的CAN0PEN數(shù)據(jù)和HDLC數(shù)據(jù)從所述的RS232接口輸出或直接從所述的USB接口輸出，并可通過所述的RS232接口進行應用程序下載。所述的CAN0PEN接口板卡包括CAN0PEN總線驅動器、共軛電感；所述的設備數(shù)據(jù)自所述的主控板卡編解碼后經(jīng)背板總線傳送至CAN0PEN總線驅動器、共軛電感后發(fā)送到 CAN0PEN總線上；所述的CAN0PEN接口板卡還可接收CAN0PEN總線上的傳輸數(shù)據(jù)，通過共軛電感和CAN0PEN總線驅動器后經(jīng)背板總線傳送至所述的主控板卡。所述的HDLC接口板卡包括HDLC協(xié)議控制芯片、RS485總線驅動器及用于HDLC總線受擾產(chǎn)生波動時，吸收電壓較高的脈沖的保護器件；所述的設備數(shù)據(jù)自所述的主控板卡編解碼后經(jīng)背板總線傳送至HDLC協(xié)議控制芯片轉換后，通過RS485總線驅動器發(fā)送至HDLC 總線上；所述的HDLC接口板卡還可以接收HDLC總線上的傳輸數(shù)據(jù)，通過RS485總線驅動器后經(jīng)HDLC協(xié)議控制芯片轉換后從背板總線傳送至所述的主控板卡。所述的RS232_USB接口板卡包括RS232接口、USB接口以及RS232總線驅動器；所述的主控板卡采集的CAN0PEN數(shù)據(jù)和HDLC數(shù)據(jù)通過所述的RS232接口輸出至所述的RS232 總線驅動器后輸出或通過所述的USB接口輸出。所述的CAN0PEN總線驅動器將過所述的共軛電感傳送的CAN0PEN總線上的差分信號轉化為TTL信號后傳送至主控板卡；并可將來自所述的主控板卡的數(shù)據(jù)轉換為差分信號后通過所述的共軛電感傳送至CAN0PEN總線上。所述的HDLC協(xié)議控制芯片將來自所述的主控板卡的數(shù)據(jù)轉化為差分信號后通過 RS485總線驅動器發(fā)送到HDLC總線上，并可將通過RS485總線驅動器傳送的HDLC總線上的差分信號轉化為可識別信號后傳送至主控板卡。本網(wǎng)關接口符合 IS011898、CIA DS-301 Ver. 4. 02 和 IS013239-2002 標準的 CAN0PEN和HDLC兩種列車總線接口標準，同時具有CAN0PEN和HDLC兩種通信功能，設計新穎、便于安裝，在鐵路、地鐵和輕軌領域具有很高的推廣價值。


圖1為本發(fā)明實施例提供的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關的系統(tǒng)結構圖； 圖2為本發(fā)明實施例提供的主控板卡的結構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的CAN0PEN板卡的結構示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例提供的HDLC的結構示意圖； 圖5為本發(fā)明實施例提供的電源板卡的結構示意具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，一種基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，包括CAN0PEN接口板卡、HDLC 接口板卡、主控板卡、電源板卡、RS232_USB板卡以及背板；所述的CAN0PEN接口板卡、HDLC 接口板卡、主控板卡、電源板卡、RS232_USB板卡通過所述背板上的背板總線相連接，所述的電源板卡安裝在所述背板上為所述的CAN0PEN接口板卡、HDLC接口板卡、主控板卡、RS232_ USB接口板卡提供工作電壓；所述的CAN0PEN接口板卡負責CAN0PEN總線上設備數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述的HDLC接口板卡負責HDLC總線上設備數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述的主控板卡負責CAN0PEN協(xié)議編解碼、HDLC協(xié)議編解碼、協(xié)議功能轉換、CAN0PEN總線主以及HDLC總線主的功能和數(shù)據(jù)處理；所述的RS232_USB接口板卡負責CAN0PEN與HDLC協(xié)議的轉換輸出和程序下載。參見圖2，主控板卡包括CPU、與所述的CPU連接的RS232協(xié)議控制器、時鐘電路、 電源監(jiān)測電路、復位電路、USB接口以及與所述的RS232協(xié)議控制器連接的RS232接口。所述的主控板卡是網(wǎng)關的核心部分，負責所有上層通信協(xié)議的解析；主控板卡的 CPU要接收來自HDLC接口電路和CAN0PEN接口電路的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理，同時也要對 CAN0PEN總線和HDLC總線的同步報文進行解析和處理。所述的CPU通過背板上的背板總線與所述的CAN0PEN接口板卡連接，實現(xiàn)CAN0PEN 數(shù)據(jù)的收發(fā)和編解碼的工作；通過背板總線與所述的HDLC接口板卡連接，實現(xiàn)HDLC數(shù)據(jù)的應用層解析，對于HDLC總線上的設備數(shù)據(jù)和心跳報文進行解析和收發(fā)；與RS232_USB接口板卡連接，將采集到的CAN0PEN數(shù)據(jù)和HDLC數(shù)據(jù)通過所述的USB接口以及經(jīng)所述的RS232 協(xié)議控制器從所述的RS232接口輸出所述的RS232_USB接口板卡，應用程序也可通過所述的RS232接口進行下載。參見圖3，所述的CAN0PEN接口板卡包括相互連接的CAN0PEN總線驅動器及共軛電感、與所述的共軛電感連接的用于在CAN0PEN總線受擾產(chǎn)生波動時，吸收電壓較高的脈沖的保護器件。所述的CAN0PEN接口板卡通過所述的CAN0PEN總線驅動器經(jīng)所述的背板上的背板總線與所述的主控板卡連接。設備數(shù)據(jù)自主控板卡經(jīng)背板總線送至CAN0PEN接口板卡后，通過CAN0PEN總線驅動器和共軛電感發(fā)送到CAN0PEN總線上；所述的CAN0PEN接口板卡同樣可以接收CAN0PEN總線上的設備數(shù)據(jù)，通過共軛電感和CAN0PEN總線驅動器后經(jīng)背板總線送至主控板卡中處理；主控板卡同樣可以通過CAN0PEN接口板卡發(fā)送CAN0PEN主幀。所述的CAN0PEN總線驅動器將過所述的共軛電感傳送的CAN0PEN總線上的差分信號轉化為TTL信號后傳送至主控板卡；并可將來自所述的主控板卡的數(shù)據(jù)轉換為差分信號后通過所述的共軛電感傳送至CAN0PEN總線上。參見圖4，所述的HDLC接口板卡包括依次連接的HDLC協(xié)議控制芯片、RS485總線驅動器及保護器件；所述的HDLC接口板卡通過所述的HDLC協(xié)議控制芯片經(jīng)所述的背板上的背板總線與所述的主控板卡連接。設備數(shù)據(jù)自主控板卡經(jīng)背板發(fā)送至HDLC協(xié)議控制芯片后，通過RS485總線驅動器發(fā)送至HDLC總線上；所述的HDLC接口板卡同樣可以接收HDLC 總線上的設備數(shù)據(jù)，通過RS485總線驅動器后，經(jīng)過HDLC協(xié)議控制芯片送至主控板卡對數(shù)據(jù)進行處理；所有的HDLC應用層協(xié)議都在主控板卡中進行解析；保護器件主要用于在HDLC 總線受擾產(chǎn)生波動時，吸收電壓較高的脈沖。所述的HDLC協(xié)議控制芯片將來自所述的主控板卡的數(shù)據(jù)轉化為差分信號后通過 RS485總線驅動器發(fā)送到HDLC總線上，并可將通過RS485總線驅動器傳送的HDLC總線上的差分信號轉化為可識別信號后傳送至主控板卡。所述的HDLC協(xié)議控制芯片與CPU之間通過雙口 RAM進行數(shù)據(jù)交換，CPU可將要發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲在雙口 RAM中供HDLC協(xié)議控制芯片讀取，同時HDLC協(xié)議控制芯片也可以將數(shù)據(jù)解碼后存儲在雙口 RAM中供CPU讀取。所述的RS232_USB接口板卡包括RS232接口、USB接口以及RS232總線驅動器；所述的主控板卡采集的CAN0PEN數(shù)據(jù)和HDLC數(shù)據(jù)傳送到所述的RS232_USB接口板卡后通過該板卡上所述的RS232接口輸出至所述的RS232總線驅動器后輸出或者直接經(jīng)該板卡上所述的USB接口輸出。主控板卡的CPU以ARM7核的微處理器為基礎，其采用NXP的LPC2378、CAN0PEN總線驅動器采用ZLG的CTM1050T、共軛電感采用EPCOS的B82793、CAN0PEN接口板卡上的保護器件采用PESD5V0L2BT、RS232協(xié)議控制器采用SIPEX的SP202EEN、HDLC協(xié)議轉換芯片采用 PERIC0M 的 PT7A6525、RS485 接口 芯片采用 MAXIM 的 MAX1480BEPI、HDLC 接口板卡上的保護器件采用P6KE15CA。本發(fā)明實施例的網(wǎng)關所有硬件負責CAN0PEN、HDLC、RS232、USB物理層和鏈路層數(shù)據(jù)的解析，將解析后的數(shù)據(jù)通過背板總線傳送到主控板卡的CPU。模塊所有的軟件功能都是在主控板卡CPU中進行解析，將解析后的報文傳送至HDLC接口板卡、CAN0PEN接口板卡、 RS232_USB接口板卡。HDLC協(xié)議控制芯片為HDLC接口板卡的核心部分，其實現(xiàn)HDLC協(xié)議的解析，完成數(shù)據(jù)轉換。RS485總線驅動器實現(xiàn)HDLC物理層接口和電氣隔離，當收到新數(shù)據(jù)時傳送至CPU引發(fā)中斷。CAN0PEN總線驅動器是CAN0PEN接口電路的核心部分，它將CAN0PEN 總線上的差分信號轉化為TTL信號傳送至CPU進行編解碼。參見圖5，所述的電源板卡包括電源模塊、與所述的電源模塊連接的扼流圈、高壓瓷片電容、TVS器件。電源板卡以所述的電源模塊為核心，為主控板卡、CAN0PEN接口板卡、 HDLC 接口板卡、RS232_USB 接口板卡提供 3. 3V、2. 5V、1. 8V 電源。整個CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關配有24V電源接口，EMC滿足TB3021-2001貼到接車車輛電子裝置和EN50121-3-2標準。電源模塊采用國產(chǎn)的金升陽公司的VRA2405D-10W，將24V 外部供電轉化為5V后，再通過AMSl 117-3. 3、AMSl 117-2. 5和AMSl 117-1. 8將5V電壓轉為 3. 3V、2. 5V和1.8V電壓供主控板卡、CAN0PEN接口板卡、HDLC接口板卡、RS232_USB接口板卡使用。由上述幾部分構成的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，可以與列車上的CAN0PEN和HDLC網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)CAN0PEN和HDLC兩種不同網(wǎng)絡通信協(xié)議的轉換。每種不同協(xié)議接口的設備均需要一個這種網(wǎng)關。通過CAN0PEN接口板卡將CAN0PEN總線上的報文解析后傳送至主控板卡進行數(shù)據(jù)處理，主控板卡對該報文進行處理后，將HDLC電路需要的報文通過HDLC接口板卡傳送至HDLC總線上。同樣，針對HDLC總線上的報文也在主控板卡中進行處理，處理后的有效報文傳送至CAN0PEN總線上。如果列車總線為HDLC網(wǎng)絡，CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關還可以作為CAN0PEN總線主，與需要轉換的設備進行CAN0PEN通信，如牽引電機、廣播系統(tǒng)等，從而實現(xiàn)多種總線的兼容。同樣，如果列車總線為CAN0PEN網(wǎng)絡，該設備同樣可以作為HDLC總線主。本發(fā)明實施例采用板卡式設計，便于安裝和拆卸，在鐵路、地鐵和輕軌領域具有很高的推廣價值。以上公開的僅為本專利的具體實施例，但本專利并非局限于此，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，做出的變形應視為屬于本發(fā)明保護范圍。
權利要求
1.一種基于ARM7的CAN0PEN — HDLC網(wǎng)關，其特征在于，包括主控板卡、CAN0PEN接口板卡、HDLC接口板卡、RS232_USB接口板卡、電源板卡以及背板；所述的主控板卡、CAN0PEN 接口板卡、HDLC接口板卡、RS232_USB板卡、電源板卡均通過所述背板的總線連接；所述的電源板卡為所述的主控板卡、CAN0PEN接口板卡、HDLC接口板卡、RS232_USB板卡提供工作電壓；所述的CAN0PEN接口板卡負責CAN0PEN總線設備數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述的HDLC接口板卡負責HDLC總線設備數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述的主控板卡負責CAN0PEN協(xié)議編解碼、HDLC 協(xié)議編解碼、協(xié)議轉換、CAN0PEN總線主以及HDLC總線主的數(shù)據(jù)處理；所述的RS232_USB接口板卡負責CAN0PEN協(xié)議和HDLC協(xié)議與RS232和USB通信協(xié)議的轉換輸出以及應用程序下載。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，其特征在于，所述的主控板卡包括CPU、USB接口、RS232協(xié)議控制器及與所述的RS232協(xié)議控制器連接的RS232接口 ； 所述的CPU與所述的USB接口、RS232協(xié)議控制器連接；所述的CPU處理通過所述背板上的背板總線自所述的HDLC接口板卡和CAN0PEN接口板卡傳來的數(shù)據(jù)，同時對CAN0PEN總線和HDLC總線的同步報文進行解析和處理；通過所述的RS232協(xié)議控制器將采集的CAN0PEN 數(shù)據(jù)和HDLC數(shù)據(jù)從所述的RS232接口輸出或直接從所述的USB接口輸出，并可通過所述的 RS232接口進行應用程序下載。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，其特征在于，所述的 CAN0PEN接口板卡包括CAN0PEN總線驅動器、共軛電感；所述的設備數(shù)據(jù)自所述的主控板卡編解碼后經(jīng)背板總線傳送至CAN0PEN總線驅動器、共軛電感后發(fā)送到CAN0PEN總線上；所述的CAN0PEN接口板卡還可接收CAN0PEN總線上的傳輸數(shù)據(jù)，通過共軛電感和CAN0PEN總線驅動器后經(jīng)背板總線傳送至所述的主控板卡。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，其特征在于，所述的HDLC 接口板卡包括HDLC協(xié)議控制芯片、RS485總線驅動器及用于HDLC總線受擾產(chǎn)生波動時，吸收電壓較高的脈沖的保護器件；所述的設備數(shù)據(jù)自所述的主控板卡編解碼后經(jīng)背板總線傳送至HDLC協(xié)議控制芯片轉換后，通過RS485總線驅動器發(fā)送至HDLC總線上；所述的HDLC 接口板卡還可以接收HDLC總線上的傳輸數(shù)據(jù)，通過RS485總線驅動器后經(jīng)HDLC協(xié)議控制芯片轉換后從背板總線傳送至所述的主控板卡。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，其特征在于，所述的RS232_ USB接口板卡包括RS232接口、USB接口以及RS232總線驅動器；所述的主控板卡采集的 CAN0PEN數(shù)據(jù)和HDLC數(shù)據(jù)傳送至所述的RS232_USB接口板卡通過所述的RS232接口輸出至所述的RS232總線驅動器后輸出或通過所述的USB接口輸出。
6.根據(jù)權利要求3所述的基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，其特征在于，所述的 CAN0PEN總線驅動器將過所述的共軛電感傳送的CAN0PEN總線上的差分信號轉化為TTL信號后傳送至主控板卡；并可將來自所述的主控板卡的數(shù)據(jù)轉換為差分信號后通過所述的共軛電感傳送至CAN0PEN總線上。
7.根據(jù)權利要求4所述的基于ARM7的CAN0PEN-HDLC網(wǎng)關，其特征在于，所述的HDLC 協(xié)議控制芯片將來自所述的主控板卡的數(shù)據(jù)轉化為差分信號后通過RS485總線驅動器發(fā)送到HDLC總線上，并可將通過RS485總線驅動器傳送的HDLC總線上的差分信號轉化為可識別信號后傳送至主控板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于ARM7的CANOPEN-HDLC網(wǎng)關，包括背板、通過該背板連接的CANOPEN接口板卡、HDLC接口板卡、主控板卡、RS232_USB接口板卡以及為前述板卡提供工作電壓的電源板卡；所述CANOPEN接口板卡負責CANOPEN數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述HDLC接口板卡負責HDLC數(shù)據(jù)的輸入輸出；所述主控板卡負責CANOPEN協(xié)議編解碼、HDLC協(xié)議編解碼、協(xié)議功能轉換、CANOPEN總線主、HDLC總線主的功能和數(shù)據(jù)處理。本網(wǎng)關符合ISO11898、CIADS-301Ver.4.02和ISO13239-2002標準，解決了地鐵、輕軌多總線間接口問題，且通用性強、可靠性強。
文檔編號H04L12/66GK102223320SQ20111007990
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權日2011年3月31日
發(fā)明者劉瑞 申請人:華車(北京)交通裝備有限公司, 廣州中車軌道交通裝備股份有限公司