一種基于mvb通信的安全輸出方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MVB通信的安全輸出方法，選擇帶外部處理器接口的形式，且當(dāng)MVB通信中主幀中斷的時(shí)間大于t1或者輪詢指定設(shè)備地址端口的幀中斷時(shí)間大于t2時(shí)，則往MVB通信寄存器內(nèi)部寫入特定數(shù)值；如果通信正常，則寫入另一特定數(shù)值。外部處理器可以通過MVB通信寄存器的數(shù)值來判斷MVB通信是否正常，若通信正常時(shí)，則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)控制輸出單元；若通信異常時(shí)，則馬上關(guān)斷輸出單元，確保列車的安全可控。本發(fā)明方法既對(duì)所有主幀進(jìn)行監(jiān)視，又對(duì)輪詢的指定設(shè)備地址的幀進(jìn)行監(jiān)視，如果MVB總線控制裝置由于某種原因沒有發(fā)出特定設(shè)備地址的主幀時(shí)，那么對(duì)應(yīng)該設(shè)備也就不會(huì)接收到包含指定設(shè)備地址的幀，經(jīng)過特定時(shí)間后它會(huì)關(guān)斷輸出，確保設(shè)備的安全可控。
【專利說明】一種基于MVB通信的安全輸出方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及MVB通信領(lǐng)域，特別是一種基于MVB通信的安全輸出方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前基于TCN的列車通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在動(dòng)車及城軌等項(xiàng)目上得到大批量的應(yīng)用。TCN體系結(jié)構(gòu)定義了 2種總線:多功能車輛總線(MVB)和絞線式列車總線(WTB)。MVB總線用于連接車輛內(nèi)部的設(shè)備或固定編組的列車組中各車輛之間的設(shè)備。其特點(diǎn)是響應(yīng)迅速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高，在軌道交通領(lǐng)域得到廣泛的使用。
[0003]多功能車輛總線(MVB)是將位于同一車輛，或固定重聯(lián)的不同車輛中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接到列車通信網(wǎng)絡(luò)上的車輛總線。它具有響應(yīng)快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在列車網(wǎng)絡(luò)通信中得到廣泛的應(yīng)用。MVB滿足IEC61375-1標(biāo)準(zhǔn)的要求，最大支持4095個(gè)設(shè)備，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或者光纖，屏蔽電纜最大長(zhǎng)度為200m，工作速率為1.5Mb/s。
[0004]MVB通信網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分為O?5類共6種類型。其中O類設(shè)備不具備數(shù)據(jù)通信能力，主要包括中繼器和耦合器等；1類設(shè)備具有過程數(shù)據(jù)性能和設(shè)備狀態(tài)響應(yīng)性能；2/3/4/5類設(shè)備除具有I類設(shè)備的性能外，還具有消息數(shù)據(jù)性能。其中4類和5類設(shè)備還具有總線管理能力，可以作為總線。
[0005]MVB總線使用兩種幀作為通信:一種為主幀，它只由主設(shè)備發(fā)出；另一種為從幀，它由主幀輪詢地址的源設(shè)備發(fā)出。有效的幀信號(hào)應(yīng)是由一個(gè)起始分界符和幀頭，接著是曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)符，最后由終止分解符結(jié)束。幀的主體都是以曼徹斯特編碼的形式發(fā)送。
[0006]一個(gè)主幀應(yīng)由以下組成:a\以主起始分界符開始；b\其后為16Bit幀數(shù)據(jù)；c\接著為SBit校驗(yàn)序列，主幀組成如圖1所示。
[0007]一個(gè)從幀由以下部分組成:a\以從起始分界符開始；b\接著為16、32、64、128或256Bit幀數(shù)據(jù)；c\在每64個(gè)數(shù)據(jù)位后包含一個(gè)8Bit的校驗(yàn)序列或當(dāng)幀數(shù)據(jù)只有16或32時(shí)將一個(gè)SBit的校驗(yàn)序列附加其后，從幀組成如圖2所示。
[0008]MVB總線通信數(shù)據(jù)可以分為兩種:過程變量數(shù)據(jù)和消息變量數(shù)據(jù)。過程變量數(shù)據(jù)反映的是列車的狀態(tài)信息。它的通訊數(shù)據(jù)的傳輸必須是短的、確定性和周期性的，以滿足列車控制的實(shí)時(shí)性的要求。比如控制指令、牽引指令等。消息變量數(shù)據(jù)反映的是出現(xiàn)頻率低的且相對(duì)較長(zhǎng)的通訊信息，它的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度從幾個(gè)字節(jié)到幾千個(gè)字節(jié)不等，這種實(shí)時(shí)性要求不是很高的性質(zhì)讓MVB總線在需要的時(shí)候才發(fā)送消息數(shù)據(jù)。比如故障數(shù)據(jù)、事件記錄數(shù)據(jù)等。
[0009]MVB通信網(wǎng)絡(luò)上的主設(shè)備定期從TM中讀取主幀并發(fā)送主幀，而地址相關(guān)的從設(shè)備源響應(yīng)主幀，并讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)后發(fā)送從幀，地址相關(guān)的從設(shè)備則接收從幀，這是一次基本的通信過程。從設(shè)備的數(shù)據(jù)是由主設(shè)備控制，當(dāng)出現(xiàn)通信中斷時(shí)，從設(shè)備的數(shù)據(jù)會(huì)維持中斷前的數(shù)據(jù)不變。
[0010]多功能車輛總線的核心技術(shù)是其總線控制器——多功能車輛總線控制器(MVBC)有兩種實(shí)現(xiàn)方式:專用的MVB控制芯片或基于FPGA/CPLD進(jìn)行開發(fā)的IP核。MVBC主要完成數(shù)據(jù)鏈路層功能，它會(huì)接收MVB通信網(wǎng)絡(luò)上的控制數(shù)據(jù)，經(jīng)過解碼分析后發(fā)送到對(duì)外輸出通道；也可以采集輸入通道的數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)打包編碼后傳輸給MVB通信網(wǎng)絡(luò)。
[0011]MVB通信接口分為兩種監(jiān)控方式，分別如圖3 (外部處理器接口形式)和圖4 (不帶處理器的接口形式)所示。MVB總線控制裝置從功能上可以分為三個(gè)大的部分:MVBC控制器單元、MVB通信中斷監(jiān)視控制單元(內(nèi)含MVB通信寄存器)、外部處理器單元(可選)、輸出單
J L.ο
[0012]MVBC主要完成數(shù)據(jù)鏈路層及傳輸層的數(shù)據(jù)處理，是MVB通信網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的核心單元。MVBC控制器可以通過專用的控制器或者基于FPGA/CPLD的IP核來實(shí)現(xiàn)，MVBC控制器將MVB網(wǎng)絡(luò)上串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的數(shù)據(jù)，外部處理器或MVBC控制器可以根據(jù)解碼出來的控制數(shù)據(jù)來控制輸出單元；同理當(dāng)需要向其他MVB設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由MVBC采集輸入通道的數(shù)據(jù)，添加幀頭、校驗(yàn)位和幀尾后有序的發(fā)送到MVB通信網(wǎng)絡(luò)。MVB通信中斷監(jiān)控單元的對(duì)外接口可以根據(jù)外部硬件選擇是帶處理器還是不帶處理器的兩種不同接口形式。
[0013]外部處理器單元完成MVB控制裝置的整個(gè)數(shù)據(jù)流向的控制。它與MVBC控制器通過本地并行總線連接，它將MVBC通信傳送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換后發(fā)送到數(shù)字量或者模擬量輸出單元上；同時(shí)也可以把數(shù)字量或者模擬量裝置采集到的信號(hào)發(fā)送給MVBC控制器，經(jīng)過MVBC控制器編碼轉(zhuǎn)換后發(fā)送到MVB通信網(wǎng)絡(luò)上。
[0014]輸出單元包括多路數(shù)字量或模擬量輸出單元，它起到連接MVBC控制器與列車第三方設(shè)備中間橋梁的作用。輸出單元會(huì)將MVBC發(fā)送過來的通信控制數(shù)據(jù)經(jīng)過隔離轉(zhuǎn)換后輸出到第三方設(shè)備。
[0015]目前專用的MVBC控制芯片只會(huì)對(duì)MVB總線上的主幀信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)特定時(shí)間內(nèi)沒有監(jiān)聽到MVB總線的主幀時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。外部處理器通過調(diào)用中斷服務(wù)程序，讀取相應(yīng)的中斷寄存器來判斷總線是否存在超時(shí)。若MVB總線中斷出現(xiàn)超時(shí)，再由應(yīng)用軟件去關(guān)斷輸出單元。這種方式最大的不足在于軟件處理會(huì)額外占用外部處理器的資源，且中斷處理和應(yīng)用程序響應(yīng)的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，輸出單元會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于不可控狀態(tài)。并且MVB通信主幀中斷監(jiān)控時(shí)間是由芯片內(nèi)部固定，無(wú)法進(jìn)行隨機(jī)設(shè)置?；贔PGA/CPLDA進(jìn)行開發(fā)的MVB總線控制裝置沒有MVB通信中斷后安全輸出保護(hù)的功能，如果MVB通信網(wǎng)絡(luò)存在丟幀或通信異常的情況，那么MVB的總線控制裝置還會(huì)保持MVB通信數(shù)據(jù)丟失之前的控制狀態(tài)，輸出單元還會(huì)保持輸出，這樣就會(huì)導(dǎo)致列車處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于MVB通信的安全輸出方法。
[0017]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于MVB通信的安全輸出方法，包括以下步驟:
1)MVB總線控制裝置檢測(cè)MVB通信總線上的MVB通信幀；
2)若MVB通信幀中的MVB通信主幀正常，或通信中斷后再次檢測(cè)到MVB通信主幀，則MVB總線控制裝置根據(jù)輸入數(shù)據(jù)控制輸出通道；若tl時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到任何MVB通信主幀，或者t2時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到輪詢指定設(shè)備的地址端口的MVB通信幀，則當(dāng)MVB總線控制裝置帶有外部處理器時(shí)，進(jìn)入步驟3)，當(dāng)MVB總線控制裝置不帶外部處理器時(shí)，進(jìn)入步驟5);所述指定設(shè)備為與MVB總線控制裝置通信的所有設(shè)備中的一個(gè)；
3)MVB總線控制裝置將MVB通信寄存器的值修改為非正常值；
4)外部處理器根據(jù)MVB通信寄存器內(nèi)的非正常值判斷MVB通信異常；
5)MVB總線控制裝置關(guān)斷外部輸出通道。
[0018]本發(fā)明中，tl=l?5s，t2=2?6s，更好地監(jiān)控通信幀類型，進(jìn)一步確保列車安全可控。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明在深入研宄MVB通信機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出對(duì)MVB通信的不同幀類型分別進(jìn)行監(jiān)控來判斷MVB通信是否處于正常。如果通信不正常，迅速關(guān)斷輸出通道；如果通信正常，則維持輸出單元的正常輸出，確保整個(gè)控制系統(tǒng)的安全可靠；本發(fā)明響應(yīng)時(shí)間快，由于采用基于可編程邏輯器件的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)通信中斷時(shí)，可以馬上關(guān)斷輸出單元，響應(yīng)迅速，且不會(huì)額外占用外部處理器的資源；可以針對(duì)不同通信幀類型進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)MVB通信中主幀中斷的時(shí)間大于tl或者輪詢指定設(shè)備地址端口的幀中斷時(shí)間大于t2時(shí)則關(guān)斷輸出單元，確保列車安全可控；監(jiān)控時(shí)間靈活可調(diào):MVB通信中斷的監(jiān)控時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行調(diào)整。tl和t2監(jiān)控時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行靈活設(shè)置；輸出控制可恢復(fù)，當(dāng)列車網(wǎng)絡(luò)通信由中斷恢復(fù)正常之后，能在MVB總線控制裝置不斷電重啟的情況下繼續(xù)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)控制輸出單元；本發(fā)明方法對(duì)所有主幀進(jìn)行監(jiān)視，或者對(duì)輪詢的指定設(shè)備地址的幀進(jìn)行監(jiān)視，如果MVB總線控制裝置由于某種原因沒有發(fā)出指定設(shè)備地址的主幀時(shí)，那么對(duì)應(yīng)該設(shè)備也就不會(huì)接收到包含指定設(shè)備地址的幀，經(jīng)過特定時(shí)間后它會(huì)關(guān)斷輸出，確保設(shè)備的安全可控。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為MVB通信主幀的組成結(jié)構(gòu)；
圖2為MVB通信從幀的組成結(jié)構(gòu)；
圖3為帶外部處理器的MVB總線控制裝置；
圖4為不帶外部處理器的MVB總線控制裝置；
圖5為本發(fā)明帶處理器輸出單元的控制流程圖；
圖6為本發(fā)明不帶處理器的輸出單元控制流程圖；
圖7為MVB總線控制模塊與其余設(shè)備通信示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖5所示，如果選擇帶外部處理器接口的形式，那么MVB通信中斷監(jiān)控單元的對(duì)外接口會(huì)包括控制信號(hào)、地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，這些信號(hào)用于與外部處理器的通信。本發(fā)明中當(dāng)MVB通信中主幀中斷的時(shí)間大于tl(例如I?5s)或者輪詢指定設(shè)備地址端口的幀(指定設(shè)備地址的主幀和從幀)中斷時(shí)間大于t2 (例如2?6s)時(shí)，則往MVB通信寄存器內(nèi)部寫入特定數(shù)值；如果通信正常，則寫入另一特定數(shù)值(與通信異常時(shí)的特定數(shù)值不一致)。外部處理器可以通過MVB通信寄存器的數(shù)值來判斷MVB通信是否正常，若通信正常時(shí)，則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)控制輸出單元；若通信異常時(shí)，則馬上關(guān)斷輸出單元，確保列車的安全可控。其中tl和t2的通信中斷時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來調(diào)整，靈活性高。
[0022]如圖6所示，如果選擇不帶處理器的接口形式，那么MVB通信中斷監(jiān)控單元會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制數(shù)據(jù)直接控制輸出通道。本發(fā)明中當(dāng)MVB通信中主幀中斷的時(shí)間大于tl或者輪詢指定設(shè)備地址端口的幀中斷時(shí)間大于t2時(shí)，MVB通信中斷監(jiān)控單元會(huì)直接關(guān)斷輸出單元；若通信正常時(shí)，會(huì)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)控制輸出通道。tl和t2的通信中斷時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求來調(diào)整，靈活性高。
[0023]MVB總線控制模塊負(fù)責(zé)與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備(設(shè)備1、2、3、4)進(jìn)行通信，不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)的設(shè)備地址不一樣，它們采用MVB幀來進(jìn)行通信。以設(shè)備2輸出保護(hù)為例來說明(本實(shí)施例中，設(shè)備2即為指定設(shè)備)，MVB IP核會(huì)檢測(cè)MVB通信線路上的所有幀(包括輪詢自身的幀)，當(dāng)由于主控設(shè)備或線路原因，沒有檢測(cè)到任一主幀或者檢測(cè)的幀里面沒有包含輪詢?cè)O(shè)備2地址的幀時(shí)就會(huì)通知MVB通信監(jiān)視單元關(guān)斷輸出單元，如圖7所示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于MVB通信的安全輸出方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)MVB總線控制裝置檢測(cè)MVB通信總線上的MVB通信幀； 2)若MVB通信幀中的MVB通信主幀正常，或通信中斷后再次檢測(cè)到MVB通信主幀，則MVB總線控制裝置根據(jù)輸入數(shù)據(jù)控制輸出通道；若tl時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到任何MVB通信主幀，或者t2時(shí)間內(nèi)沒有檢測(cè)到輪詢指定設(shè)備的地址端口的MVB通信幀，則當(dāng)MVB總線控制裝置帶有外部處理器時(shí)，進(jìn)入步驟3)，當(dāng)MVB總線控制裝置不帶外部處理器時(shí)，進(jìn)入步驟5);所述指定設(shè)備為與MVB總線控制裝置通信的所有設(shè)備中的一個(gè)； 3)MVB總線控制裝置將MVB通信寄存器的值修改為非正常值； 4)外部處理器根據(jù)MVB通信寄存器內(nèi)的非正常值判斷MVB通信異常； 5)MVB總線控制裝置關(guān)斷外部輸出通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MVB通信的安全輸出方法，其特征在于，tl=l?5s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于MVB通信的安全輸出方法，其特征在于，t2=2?6s。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK104468301SQ201410618076
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】全清華, 蔣國(guó)濤, 楊衛(wèi)峰, 粟愛軍 申請(qǐng)人:南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司