基于fip通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及WorldFIP通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]WorldFip用于自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器及控制器之間的數(shù)字化連接，WorldFip與Internet類似，使用曼徹斯特碼傳輸。但它是一種令牌網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)由仲裁器和若干用戶站組成，其主要特點(diǎn)可歸納為實(shí)時(shí)性、同步性、可靠性。WorldFip目前使用的傳輸速率是31.25K，1M和2.5M。典型速率為1M bit/s。典型的傳輸介質(zhì)是工業(yè)級(jí)屏蔽雙絞線。對(duì)接線盒、9針D型插頭座等都有嚴(yán)格的規(guī)定。每個(gè)網(wǎng)段最長(zhǎng)為1公里。加中繼器(Repeater)以后可擴(kuò)展到5公里。
[0003]伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，鐵路交通運(yùn)輸行業(yè)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而鐵路交通的快速發(fā)展勢(shì)必要保證鐵路運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。而WorldFIP、MVB、HDLC、CAN等總線接口是機(jī)車上應(yīng)用最為廣泛的總線接口。由于WorldFip現(xiàn)場(chǎng)總線在實(shí)時(shí)性、同步性、冗余性方面獨(dú)具特色。速度更高的、以光纖為介質(zhì)的高速網(wǎng)也不斷推出。預(yù)計(jì)將來(lái)的幾年中，WorldFip總線將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但是WorldFip現(xiàn)場(chǎng)總線不但嚴(yán)格定義了通訊協(xié)議，也嚴(yán)格定義了符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸介質(zhì)、接線盒、插頭座等。而標(biāo)準(zhǔn)的FIP控制卡必須采用FULLFIP2控制芯片，實(shí)現(xiàn)與FIP網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車的數(shù)據(jù)采集，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)符合網(wǎng)絡(luò)通信，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)車多種總線的數(shù)據(jù)交互通信，開(kāi)發(fā)一款基于FPGA處理器并可自主編程的FIP的網(wǎng)絡(luò)控制卡顯得非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，主要用于擴(kuò)展WorldFIP通信，克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是網(wǎng)絡(luò)控制板卡包括核心控制芯片F(xiàn)PGA和FIP總線控制器，所述的FPGA芯片采用XC6SLX9-2FTG256C系列芯片，所述的FIP總線控制器包括兩路冗余的WroldFIP通信接口，F(xiàn)IP總線控制器通過(guò)RS485分別與2路外部接口面板 WroldFIPlPanel 和 WroldFIP2Panel 進(jìn)行通信，2 路外部接口面板 WroldFIPlPanel 和Wr0ldFIP2Panel再分別通過(guò)變壓器隔離與外部機(jī)車通信，背板的電源總線通過(guò)電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換成1.8V為網(wǎng)絡(luò)控制模塊的板卡供電，所述的FIP總線控制器通過(guò)三路八位雙向OCTAL BUS SWITCH與其他模塊進(jìn)行通信。
[0006]還包括可選的RS485、RS422和RS232電路，該電路位于異步串口通信UART處共用一個(gè)DB9接口。
[0007]還包括擴(kuò)展8路面板LED指示燈接口電路，用于指示通信狀態(tài)。
[0008]所述的背板的電源總線的電源為24V，經(jīng)過(guò)1次電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換為5V，再經(jīng)過(guò)1次電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換為1.8V、3.3V和1.2V, 1.8V為核心控制芯片供電，3.3V和1.2V為其它電路供電。
[0009]還包括接口電路RS232_EN, RS485_EN, RS422_EN和擴(kuò)展8路面板LED指示燈接口電路，通過(guò)0歐電阻來(lái)選擇所述的接口電路。
[0010]還包括面板連接器，用于將以太網(wǎng)差分信號(hào)和異步串口通信UART信號(hào)連接至此面板連接器。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，F(xiàn)IP接口端采用變壓器隔離，增加了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性。同時(shí)控制網(wǎng)卡硬件采用XC6SLX9-2FTG256C系列的FPGA芯片，具有良好的復(fù)用性和可擴(kuò)展性，滿足了現(xiàn)階段機(jī)車總線差異化仍可復(fù)用的迫切需求。符合FIP領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)NFC46-604并且兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC1158-2。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)結(jié)合附圖1對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，一種基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，該網(wǎng)絡(luò)控制模塊的核心控制芯片為XC6SLX9-2FTG256C系列的FPGA芯片和自主研發(fā)的IP核。IP核是指FIP總線控制器(軟件實(shí)現(xiàn))，網(wǎng)絡(luò)控制板卡包括核心控制芯片F(xiàn)PGA和FIP總線控制器，其供電是來(lái)自背板BackBoard的24V電源總線，24V電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換DC5V后再通過(guò)電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換成DC1.8V供核心控制芯片XC6SLX9-2FTG256C，DC5V轉(zhuǎn)換成DC3.3V和DC1.2V供其他電路使用，目的是使供電更加穩(wěn)定可靠。
[0014]基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊采用自主研發(fā)的FPGA IP核(FIP總線控制器)，F(xiàn)IP總線控制器包括兩路冗余的Wro 1 dFIP通信接口，F(xiàn)IP總線控制器通過(guò)RS485分別與2路外部接口面板WroldFIPlPanel和WroldFIP2Panel進(jìn)行通信，2路外部接口面板WroldFIPlPanel和WroldFIP2Panel再分別通過(guò)變壓器隔離與外部機(jī)車通信，增加了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性。
[0015]網(wǎng)絡(luò)控制模塊還包括可選的RS485、RS422和RS232電路，該電路位于異步串口通信UART處共用一個(gè)DB9接口。
[0016]該網(wǎng)絡(luò)控制模塊還包括接口電路RS232_EN，RS485_EN, RS422_EN以及擴(kuò)展8路面板LED指示燈電路，通過(guò)0歐電阻來(lái)選擇上述不同的接口電路，LED指示燈用于指示通信狀態(tài)。FIP總線控制器通過(guò)三路八位雙向OCTAL BUS SWITCH與其他模塊進(jìn)行通信，F(xiàn)IP總線控制器通過(guò)三路八位雙向OCTAL BUS SWITCH與其他模塊進(jìn)行通信CPLD用于實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)管理等。圖1中的Board to Board Connector用于與子板SSFIP3U_10_Subcard相連，將以太網(wǎng)差分信號(hào)及UART(RS232、RS485、RS422)信號(hào)通過(guò)此連接器連接到面板連接器。
[0017]FIP總線控制器除了實(shí)現(xiàn)曼徹斯特編碼、解碼功能之外，它還提供總線監(jiān)聽(tīng)與看門(mén)狗功能，這為總線的熱備份、總線冗余提供了方便，提高了總線的安全性。
[0018]基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊用于擴(kuò)展WorldFIP通信和數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)與FIP網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車的數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)包括過(guò)程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)，此模塊包含RS485、RS422和RS232電路，一路千兆以太網(wǎng)擴(kuò)展RJ45接口。該網(wǎng)絡(luò)控制模塊符合相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并且高可靠、穩(wěn)定的功能。能夠滿足當(dāng)下機(jī)車WorldFIP總線的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)車多種總線的數(shù)據(jù)交互通信。具有如下特性:
[0019]?采用FPGA通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)符合IEC61375標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)協(xié)議
[0020]?符合FIP領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn):NFC 46-604
[0021]?兼容國(guó)際領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn):IEC 1158-2.
[0022]?網(wǎng)絡(luò)帶寬 32.25K bits/sec, 1M bit/sec 或者 2.5M bits/sec
[0023]此網(wǎng)絡(luò)控制模塊具有獨(dú)立中央處理器FPGA，能夠通過(guò)獨(dú)立軟件實(shí)現(xiàn)特有的功能。用于將機(jī)車實(shí)時(shí)總線數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)報(bào)警信息進(jìn)行完整監(jiān)測(cè)、選擇性捕捉、按需求處理和保存的車載綜合信息；還包括用于將機(jī)車實(shí)時(shí)總線數(shù)據(jù)、報(bào)警信息環(huán)境變量、非實(shí)時(shí)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行車地傳輸。以確保相互之間能夠通過(guò)WorldFIP總線、以太網(wǎng)總線、CAN總線、串口總線、精簡(jiǎn)版CPCI總線等進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的交互工作。具有良好的復(fù)用性和可擴(kuò)展性，滿足了現(xiàn)階段機(jī)車總線差異化仍可復(fù)用的迫切需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，其特征在于:網(wǎng)絡(luò)控制板卡包括核心控制芯片F(xiàn)PGA和FIP總線控制器，所述的FPGA芯片采用XC6SLX9-2FTG256C系列芯片，所述的FIP總線控制器包括兩路冗余的WroldFIP通信接口，F(xiàn)IP總線控制器通過(guò)RS485分別與2路外部接口面板 WroldFIPlPanel 和 WroldFIP2Panel 進(jìn)行通信，2 路外部接 口面板 WroldFIPlPanel 和Wr0ldFIP2Panel再分別通過(guò)變壓器隔離與外部機(jī)車通信，背板的電源總線通過(guò)電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換成1.8V為網(wǎng)絡(luò)控制模塊的板卡供電，所述的FIP總線控制器通過(guò)三路八位雙向OCTALBUS SWITCH與其他模塊進(jìn)行通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，其特征在于:還包括可選的RS485、RS422和RS232電路，該電路位于異步串口通信UART處共用一個(gè)DB9接口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，其特征在于:還包括擴(kuò)展8路面板LED指示燈接口電路，用于指示通信狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，其特征在于:所述的背板的電源總線的電源為24V，經(jīng)過(guò)1次電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換為5V，再經(jīng)過(guò)1次電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換為1.8V、3.3V和1.2V，1.8V為核心控制芯片供電，3.3V和1.2V為其它電路供電。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，其特征在于:還包括接口電路RS232_EN，RS485_EN, RS422_EN和擴(kuò)展8路面板LED指示燈接口電路，通過(guò)0歐電阻來(lái)選擇所述的接口電路。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，其特征在于:還包括面板連接器，用于將以太網(wǎng)差分信號(hào)和異步串口通信UART信號(hào)連接至此面板連接器。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，網(wǎng)絡(luò)控制板卡包括核心控制芯片F(xiàn)PGA和FIP總線控制器，F(xiàn)PGA芯片采用XC6SLX9-2FTG256C系列芯片，F(xiàn)IP總線控制器包括兩路冗余的WroldFIP通信接口，F(xiàn)IP總線控制器通過(guò)RS485分別與2路外部接口面板WroldFIP1？Panel和WroldFIP2？Panel進(jìn)行通信，2路外部接口面板WroldFIP1？Panel和WroldFIP2？Panel再分別通過(guò)變壓器隔離與外部機(jī)車通信，背板的電源總線通過(guò)電源轉(zhuǎn)換器DC/DC轉(zhuǎn)換成1.8V為網(wǎng)絡(luò)控制模塊的板卡供電，基于FIP通信的網(wǎng)絡(luò)控制模塊，F(xiàn)IP接口端采用變壓器隔離，增加了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性。同時(shí)控制網(wǎng)卡硬件采用XC6SLX9-2FTG256C系列的FPGA芯片，具有良好的復(fù)用性和可擴(kuò)展性，滿足了現(xiàn)階段機(jī)車總線差異化仍可復(fù)用的迫切需求。符合FIP領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)NFC46-604并且兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC1158-2。
【IPC分類】H04L12/40
【公開(kāi)號(hào)】CN105391611
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510975184
【發(fā)明人】陳廣泰, 姜正, 高海增, 王占宇, 杜海賓
【申請(qǐng)人】中車大連機(jī)車研究所有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日