CN101478452A - Pci接口型mvb网络数据分析仪及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法。包括主控制器模块、MVB网络协议控制器模块、PCI总线接口模块、MVB网络信号采集单元以及供电单元。MVB网络信号由MVB网络信号采集单元接收，信号经MVB网络协议控制器模块解码和主控制器模块的数据转换和控制后，通过PCI总线接口模块发送至PCI总线，完成MVB网络数据的分析。

Description

PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法

技术领域

本发明涉及机车网络应用，

背景技术

目前TCN标准网络总线MVB网络是一种新型的专用于铁路领域的网络系统，由于它的可靠性、灵活性而被世界上越来越多的国家所采用。

但由于MVB网络的专业性很强(主要应用于在铁路和部分电力系统等一些特殊领域)，而且目前的测试手段和测试仪器还很少，尤其是适合于现场使用的MVB网络数据分析设备更是一片空白。

PCI接口型MVB网络数据分析仪正是针对铁路领域的网络系统——TCN标准网络总线的数据分析设备。适用于具有MVB网络总线的机车中。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法，从而解决铁路机车使用的MVB网络数据分析设备的一片空白的落后现状。本发明所述的PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法包括主控制器模块、MVB网络协议控制器模块、PCI总线接口模块、MVB网络信号采集单元以及供电单元，所述的MVB网络信号采集单元采用符合IEC61375标准的双路冗余结构，通过内部集成的MAX3088的6、7引脚与MVB网络总线相连，MVB网络信号采集单元的另一端通过隔离光耦合器的2、3引脚与MVB网络协议控制器模块控制芯片的I/O引脚相连；所述的MVB网络协议控制器模块作为地址线的I/O引脚与主控制器模块的50-56引脚相连，数据线I/O引脚与主控制器模块的80-84、4-6脚相连，控制线I/O引脚与主控制器模块的57、58、62脚相连，RSTN信号线连接到主控制器模块的9号引脚；所述的主控制器模块的地址线21-24、32-37、41-46与PCI总线接口模块的33-39和42-50脚相连，数据线10-14、18-20与PCI总线接口模块的51-58脚相连，控制线47-49与PCI总线接口模块的40、41、59相连；所述的PCI总线接口模块通过AD0-AD31、CBE0-CBE3及时钟、复位等信号与PCI总线的对应接口相连；所述的MVB网络信号从MVB网络总线通过MVB网络信号采集单元输入到MVB网络协议控制器模块，MVB网络协议控制器模块将输入的曼彻斯特码信号，解析为标准信号数据后再送入主控制器模块，数据在主控制器模块内进行解析、处理、存储，最后以并口数据的形式发送给PCI总线接口模块，再由PCI总线接口模块转换为32位高速PCI总线信号，送入PCI总线。本发明所述的主控制器模块是由AT91SAM7A3构成、MVB网络协议控制器模块是由XC2S50-5TQ144I构成、PCI总线接口模块是由CH365构成、MVB网络信号采集单元包括隔离芯片HCPL0661、高速MVB网络总线驱动器MAX3088、接口保护芯片LCDA05，信号由MAX3088采集，经光耦合隔离芯片HCPL0661隔离后，送入MVB网络协议控制器模块。本发明所述的供电单元电路包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T。所述的供电单元将+5V电压送入MVB网络信号采集单元和PCI总线接口模块，将+3.3V和+2.5V电压送入到主控制器模块和MVB网络协议控制器模块，供电单元的参考地输出GND则与所有GND引脚相连。

本发明所述的PCI接口型MVB网络数据分析仪的控制方法，其控制过程包括系统初始化和MVB网络端口初始化的步骤，还包括下述步骤：

A、MVB网络应用配置；

B、对主控制器模块(3)是否接收到MVB网络数据进行判断，并在下述步骤中选择：

C、未接收到MVB网络数据，返回初始化；

D、接收到MVB网络数据，则进行数据处理；

E、向PCI总线接口模块(4)发送数据；

F、返回系统初始化。

TCN技术是一种符合IEC61375-1《Train Communication Network》技术的主流铁路专用网络，是一种专门为铁路等工业现场设计的网络，目前已成为一种在国内外大量使用的高可靠性的列车通信网络之一。

MVB网络是TCN网络的一种构成，即多功能车辆网络总线(MVB)，这是一种主要用于(但也并非专用于)对有互操作性和互换性要求的互连设备之间的串行数据通信总线。车辆内部的数据通信网络总线(MVB)为TCN技术的推荐方案。它具有如下特点：

●是一种串行数据通信总线，主要用于固定编组的车辆内部通信

●传输速率固定为1.5Mbit/s

●在不加任何中继器的情况下，最长传输距离决定其物理介质

●采用差分曼彻斯特编码方式

●介质分配采用主从方式

●采用双线物理冗余方式

●过程数据传输基本周期最快为1ms

●8位或双8为CRC校验算法

本发明所述的PCI接口型MVB网络数据分析仪正是基于TCN标准网络总线而使用的。这种数据分析仪针对以上提出的问题，可对MVB网络数据进行分析记录，只要将设备接入TCN标准网络中就可完成数据分析工作，安装方便，操作简单，使用可靠，是在列车控制网络化的大环境下应运而生的新产品。

由于TCN-MVB网络技术是国际上许多大公司采用的符合IEC61375-1国际标准的工业现场网络技术，使用范围愈加广泛，而网络数据的分析又是对列车调试、维护、检修中的一项重要的工作，因此基于TCN-MVB网络的PCI接口型MVB网络数据分析仪既顺应发展趋势又具有很强的实用性，填补了该仪器设计在国内的空白。

整个系统包括硬件和软件两部分。

硬件的作用主要是提供物理连接，负责控制MVB网络协议控制芯片的工作时序，读取MVB网络的相关数据，并送入PCI总线，同时还要负责工作电源的提供等。

软件的作用主要是对控制模块初始化，配置各种相关数据，并根据现场应用要求，在主控芯片中处理接收到的数据，控制数据的发送。

本发明所述的PCI接口型MVB网络网络数据分析仪通过MVB网络信号采集单元的总线驱动器从MVB网络总线上接收标准MVB网络功率信号，信号由MVB网络信号采集单元内部的光耦合隔离芯片HCPL0661将变换后的电平信号经过电(磁)隔离后送入MVB网络协议控制器模块，MVB网络协议控制器模块将MVB网络总线的各种信息按TCN标准协议进行解码，并将相关的信息存入内部RAM，同时实现与主控制器模块的通信接口功能，MVB网络协议控制器模块和主控制器模块之间通过地址线MVBA0-MVBA2、MVBA12-MVBA15，数据线MVBD0-MVBD7和控制线MVBCtl1-MVBCtl3、RSTN相连，PCI总线接口模块通过内置有上拉电阻的8位双向数据信号线D0-D7和16位地址信号线A15-A0与主控制器模块进行数据通信，通过读、写选通使能和中断请求信号控制数据的传输。PCI总线接口模块将由主控制器模块传来的8位主动并行接口数据转换为32位高速PCI总线数据，通过PCI_AD31-PCI_AD0传输到PCI总线。二者之间还通过复位、时钟、中断、设备选择等信号线相连。

所述的MVB网络信号采集单元包括隔离芯片HCPL0661、高速MVB网络总线驱动器MAX3088、接口保护芯片LCDA05。其中接口保护芯片LCDA05可对两条高速信号线起到保护作用，由于其本身为双向器件，所以在传输正负电平的线路上均可使用。它具有低漏电流和低箝位电压的特点，对于高速信号还表现出较低的容性，很适合在MVB网络中使用，实现对MVB网络的输入或输出信号进行“过压”、“过流”、“短路”等保护的功能，然后再将信号送入MVB网络总线驱动器。MVB网络总线驱动器MAX3088是用于RS485通信的高速收发器，内部具有自动防故障装置的电路，保障了当接收端开路或短路时具有高阻态的特性，MAX3088的驱动转换率未被限制，传输速率可达10Mbps。可将MVB网络协议控制器模块送来的数字信号转换成标准MVB网络总线功率信号，然后将该信号通过总线保护电路送入网络，或者经总线保护电路送来的MVB网络总线信号，转换成标准的MVB网络电平信号送入MVB网络协议控制器模块。

采用ESD方式使用光耦HCPL0661进行隔离，提高了节点的稳定性和安全性。隔离电路是将MVB网络总线驱动器变换后的电平信号经过电(磁)隔离后送入MVB网络协议控制器模块，或将MVB网络协议控制器模块送出的电平信号经电(磁)隔离后送至MVB网络总线驱动器，从而实现外电路与内电路的电气隔离，提高系统的抗干扰能力。

MVB网络协议控制器模块是MVB网络的核心器件，它负责将MVB网络总线的各种信息按TCN标准协议进行解码，并将相关的信息存入内部RAM，同时实现与主处理器单元的通信接口功能，该功能由FPGA实现。

由AT91SAM7A3构成的主控制器模块是整个设备的核心部分，完成了数据分析的功能控制。AT91SAM7A3是32位ARM7系列微控制器中的一员，片上有256K字节高速Flash和32K字节SRAM和全套外围设备，包括一整套使外围设备组件数量最少的功能单元。该微处理器中的片内Flash存储器可以有JTAG-ICE接口系统内编程。内置锁定位可以保护固件，防止其被误覆盖。AT91SAM7A3的片内Flash模块共1024页，每页256字节。一共65536个32位字。Flash模块包括一个256字节的写缓存，可通过32位的接口访问。当Flash不使用时(读或写访问)，其将自动进入待命模式。

由CH365构成的PCI总线接口模块是一个连接PCI总线的通用接口芯片，支持I/O端口映射、存储器映射、扩展ROM以及中断。CH365将32位高速PCI总线转换为简便易用的类似于ISA总线的8位主动并行接口，用于制作低成本的基于PCI总线的计算机板卡，以及将原先基于ISA总线的板卡升级到PCI总线上。PCI总线与其他主流总线相比，速度更快，实时性更好，可控性更佳，所以CH365适用于高速实时的I/O控制卡、通信接口卡、数据采集卡、电子盘、扩展ROM卡等。

附图说明

本发明共有八张附图，其中：

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的电路结构图；

图3是本发明的主控制芯片AT91SAM7A3电路图；

图4是本发明的MVB网络协议控制器电路图；

图5是本发明的MVB网络信号采集单元电路图；

图6是本发明的PCI总线接口模块电路图；

图7是本发明供电单元电路图；

图8是本发明的程序框图。

图中：1、MVB网络信号采集单元2、MVB网络协议控制器模块3、主控制器模块、4、PCI总线接口模块5、供电单元。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图1—7所示，实现本发明的具体方案如下：附图1是PCI接口型MVB网络数据分析仪结构框图，包括主控制器模块3、MVB网络协议控制器模块2、PCI总线接口模块4、MVB网络信号采集单元1以及供电单元5。所述的MVB网络信号采集单元1采用符合IEC61375标准的双路冗余结构，通过内部集成的MAX3088的6、7引脚与MVB网络总线相连，MVB网络信号采集单元1的另一端通过隔离光耦合器的2、3引脚与MVB网络协议控制器模块2控制芯片的I/O引脚相连；所述的MVB网络协议控制器模块2作为地址线的I/O引脚与主控制器模块3的50-56引脚相连，数据线I/O引脚与主控制器模块3的80-84、4-6脚相连，控制线I/O引脚与主控制器模块3的57、58、62脚相连，RSTN信号线连接到主控制器模块3的9号引脚；所述的主控制器模块3的地址线21-24、32-37、41-46与PCI总线接口模块4的33-39和42-50脚相连，数据线10-14、18-20与PCI总线接口模块4的51-58脚相连，控制线47-49与PCI总线接口模块4的40、41、59相连；所述的PCI总线接口模块4通过AD0-AD31、CBE0-CBE3及时钟、复位等信号与PCI总线的对应接口相连；其特征还在于MVB网络信号从MVB网络总线通过MVB网络信号采集单元1输入到MVB网络协议控制器模块2，MVB网络协议控制器模块2将输入的曼彻斯特码信号，解析为标准信号数据后送入主控制器模块3，数据在主控制器模块3内进行解析、处理、存储，最后以并口数据的形式发送给PCI总线接口模块4，再由PCI总线接口模块4转换为32位高速PCI总线信号，送入PCI总线。

所述的主控制器模块3是由AT91SAM7A3构成、MVB网络协议控制器模块2是由XC2S50-5TQ144I构成、PCI总线接口模块4是由CH365构成、MVB网络信号采集单元1包括隔离芯片HCPL0661、高速MVB网络总线驱动器MAX3088、接口保护芯片LCDA05，信号由MAX3088采集，经光耦合隔离芯片HCPL0661隔离后，送入MVB网络协议控制器模块2。

所述的供电单元5电路包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T；所述的供电单元5将+5V电压送入MVB网络信号采集单元1和PCI总线接口模块4，将+3.3V和+2.5V电压送入到主控制器模块3和MVB网络协议控制器模块2，供电单元的参考地输出GND则与所有GND引脚相连。

PCI接口型MVB网络数据分析仪的控制方法，如附图8所示，其控制过程包括系统初始化和MVB网络端口初始化的步骤，还包括下述步骤：

A、MVB网络应用配置；

B、对主控制器模块(3)是否接收到MVB网络数据进行判断，并在下述步骤中选择：

C、未接收到MVB网络数据，返回初始化；

D、接收到MVB网络数据，则进行数据处理；

E、向PCI总线接口模块(4)发送数据；

F、返回系统初始化。

Claims (4)

1、一种PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法，其特征在于包括主控制器模块(3)、MVB网络协议控制器模块(2)、PCI总线接口模块(4)、MVB网络信号采集单元(1)以及供电单元(5)；所述的MVB网络信号采集单元(1)采用符合IEC61375标准的双路冗余结构，通过内部集成的MAX3088的6、7引脚与MVB网络总线相连，MVB网络信号采集单元(1)的另一端通过隔离光耦合器的2、3引脚与MVB网络协议控制器模块(2)控制芯片的I/O引脚相连；所述的MVB网络协议控制器模块(2)作为地址线的I/O引脚与主控制器模块(3)的50-56引脚相连，数据线I/O引脚与主控制器模块(3)的80-84、4-6脚相连，控制线I/O引脚与主控制器模块(3)的57、58、62脚相连，RSTN信号线连接到主控制器模块(3)的9号引脚；所述的主控制器模块(3)的地址线21-24、32-37、41-46与PCI总线接口模块(4)的33-39和42-50脚相连，数据线10-14、18-20与PCI总线接口模块(4)的51-58脚相连，控制线47-49与PCI总线接口模块(4)的40、41、59相连；所述的PCI总线接口模块(4)通过AD0-AD31、CBE0-CBE3及时钟、复位等信号与PCI总线的对应接口相连；其特征还在于MVB网络信号从MVB网络总线通过MVB网络信号采集单元(1)输入到MVB网络协议控制器模块(2)，MVB网络协议控制器模块(2)将输入的曼彻斯特码信号，解析为标准信号数据后再送入主控制器模块(3)，数据在主控制器模块(3)内进行解析、处理、存储，最后以并口数据的形式发送给PCI总线接口模块(4)，再由PCI总线接口模块(4)转换为32位高速PCI总线信号，送入PCI总线。

2、根据权利要求1所述的PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法，其特征在于所述的主控制器模块(3)是由AT91SAM7A3构成、MVB网络协议控制器模块(2)是由XC2S50-5TQ144I构成、PCI总线接口模块(4)是由CH365构成、MVB网络信号采集单元(1)包括隔离芯片HCPL0661、高速MVB网络总线驱动器MAX3088、接口保护芯片LCDA05，信号由MAX3088采集，经光耦合隔离芯片HCPL0661隔离后，送入MVB网络协议控制器模块(2)。

3、根据权利要求1所述的PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法，其特征在于所述的供电单元(5)电路包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T；所述的供电单元(5)将+5V电压送入MVB网络信号采集单元(1)和PCI总线接口模块(4)，将+3.3V和+2.5V电压送入到主控制器模块(3)和MVB网络协议控制器模块(2)，供电单元的参考地输出GND则与所有GND引脚相连。

4、一种如权利要求1所述的PCI接口型MVB网络数据分析仪及其控制方法，其控制过程包括系统初始化和MVB网络端口初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤：

A、MVB网络应用配置；

B、对主控制器模块(3)是否接收到MVB网络数据进行判断，并在下述步骤中选择：

C、未接收到MVB网络数据，返回初始化；

D、接收到MVB网络数据，则进行数据处理；

E、向PCI总线接口模块(4)发送数据；

F、返回系统初始化。

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