CN101478454B - PCI接口型WorldFIP数据分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCI接口型WorldFIP网络数据分析仪，其特征在于包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、CH365构成的PCI总线接口模块、以及WorldFIP专用总线收发器和供电单元。WorldFIP信号由WorldFIP专用总线收发器采集，经分析处理后，以PCI总线信号形式发出。
Description
技术领域
本发明涉及WorldFIP网络，尤其涉及应用于WorldFIP网络的机车WorldFIP网络数据的分析仪。
背景技术
WorldFIP标准网络是一种新型的可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WorldFIP的专业性很强，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便携式WorldFIP分析设备则是一片空白。
WorldFIP(World Factory Instrumentation Protocol)，是符合EN50170标准的一种面向工业控制的现场总线，提供现场设备和控制器以及控制器之间的数字化连接。相对于其他的国际现场总线标准，WorldFIP在技术上的特点和优势如下：
1)可靠性高。WorldFIP具有极强的抗干扰能力；能完全满足IEC关于电磁兼容性的EMC标准；支持电缆冗余，大部分协议固化在硬件上，稳定性强。
2)实时性好。生产者一消费者模式和总线仲裁器的调度方式保证了在一条总线上传递大量信息的同时，不会干扰实时变量的通信。
3)协议单一。WorldFIP现场总线不论低速还是高速，只有一套通信协议，所以不需要任何网桥或网关，低速与高速网络的衔接只用软件完成。
4)可与Internet透明连接。由于WorldFIP能分别处理实时数据和消息，满足了Internet通信与实时自动化通信互不干扰的要求。因此WorldFIP是连接总线和Internet的当然之选。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于WorldFIP网络系统的PCI接口型WordFIP数据分析仪。用于对WorldFIP数据进行分析记录，只要将设备接入WorldFIP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WorldFIP网络技术是国际上许多大公司采用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WorldFIP网络的PCI接口型WordFIP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。
本发明的技术解决方案是这样实现的：
一种PCI接口型WordFIP数据分析仪，其特征在于：包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、CH365构成的PCI总线接口模块、以及WorldFIP专用总线收发器和供电单元，其中所述的WorldFIP专用总线收发器通过内侧接口与WorldFIP协议控制模块的信号收发和控制引脚相连；所述的WorldFIP协议控制模块通过地址总线A0-A8和数据总线D0-D8以及读写控制线RD/WR、片选信号CS、选通信号ALE与主控制器模块相连；所述的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DT0-DT7和16位地址信号线AT15-AT0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；所述的主控制器模块通过地址线、数据线及控制线分别与PCI总线接口模块和WorldFIP协议控制模块相连；所述的供电单元将+5V电压送入总线收发器和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WorldFIP协议控制模块，供电单元的参考地输出GND则与所有GND引脚相连；WorldFIP总线上传输的信号通过WorldFIP专用总线收发器送入到WorldFIP协议控制模块，经解码后，将数据转入主控制器模块，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。
所述的WorldFIP专用总线收发器包括WorldFIP专用的总线收发芯片FIELDRIVE、接口隔离芯片FIELDTR以及具有三态输出的驱动芯片74LVC244；所述FIELDRIVE、FIELDTR以及74LVC244通过内部总线电连接。
所述的供电单元包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T。
一种如权利要求1所述PCI接口型WordFIP数据分析仪的控制方法，其控制过程包括系统初始化和主控制器状态设置的步骤，其特征在于还包括下述步骤：
(1)协议控制器MICROFIP初始化；
(2)端口信息配置；
(3)判断是否采集到WordFIP信号，并在下述步骤中进行选择：
(4)未采集到WordFIP信号，则返回系统初始化；
(5)采集到WordFIP信号，则进行数据处理，并向PCI总线接口模块发送数据；
(6)返回系统初始化。
与现有技术相比较，本发明的优点是显而易见的，只需将其接入WorldFIP，即可对WorldFIP数据进行分析记录，安装方便，操作简单、效用可靠，填补了该领域的空白。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的电路结构图；
图3为本发明的主控制器模块电路图；
图4为本发明的FIP协议控制模块电路图；
图5为本发明的WorldFIP专用总线收发器电路图；
图6为本发明的PCI总线接口模块电路图；
图7为本发明的供电单元电路图；
图8为本发明的软件控制流程图。
具体实施方式
如图1～图8所示的PCI接口型WorldFIP数据分析仪，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WorldFIP协议控制芯片的工作时序，读取WorldFIP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。
该数据分析仪通过WorldFIP总线收发器从WorldFIP网络上接收电信号，信号先经内部的FIP隔离变压器，通过收发器内部的FIELDRIVE芯片将高频隔离变压器送来的曼彻斯特网络信号解码成数字信号，送入协议控制器。WorldFIP协议控制器通过RST1N、WTC1X、TXE1等信号与WorldFIP收发器相连，另一侧通过数据线31-38、地址线39、42-49和控制信号53、57-59、62、63、68与主控模块相连，传送经协议转换后的数据，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DT0-DT7和16位地址信号线AT15-AT0与主控模块进行数据通信，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WorldFIP专用总线收发器包括WorldFIP专用的总线收发芯片FIELDRIVE、接口隔离芯片FIELDTR以及具有三态输出的驱动芯片74LVC244。其中：
FIP隔离变压器FIELDTR是将WorldFIP网络的外电路信号经过磁隔离送入总线收发器，或将总线收发器的信号经高频隔离变压器送至WorldFIP网络，它的隔离电压达3000Vrms，EMC满足IEC61000-4标准。
FIP总线收发芯片FIELDRIVE是一个集成的线路工具，为WorldFIP协议控制器和高频隔离变压器提供电气接口，它将协议控制器送来的数字信号转换成曼彻斯特信号，然后将功率驱动后的信号送至高频隔离变压器，或将高频隔离变压器送来的曼彻斯特网络信号解码成数字信号，送入协议控制器。
74LVC244是一种具有三态输出的驱动芯片，可用于数据存储、地址驱动、时钟驱动或者定向的总线传送和接收。
WorldFIP协议控制模块MICROFIP是一种通信微控制器，按功能分为：控制部分、双口存储器、用户接口、PIA、PIB口和订户号输入口、UART(要求符合NFC或是IEC标准的帧结构和FCS计算)、介质冗余管理。内置的通信协议与WorldFIP标准兼容，可提供周期性缓冲传输和数据链路层报文服务，也支持应用层更新和提示机制。另外还能支持和管理介质冗余，无需外加芯片。
AT91SAM7A3构成的主控制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，集成有CAN控制器。片上有256K字节高速Flash和32K字节SRAM和全套外围设备，包括两个2.0B CAN控制器，以及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。
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。
供电单元包括几种等级的电源芯片及保护电路，负责整个系统的供电。产生的电压等级包括隔离的+5V电压、+3.3V电压和+2.5V电压。
Claims (4)
1.一种PCI接口型WordFIP数据分析仪，其特征在于：包括AT91SAM7A3构成的主控制器模块、MICROFIP构成的WorldFIP协议控制模块、CH365构成的PCI总线接口模块、以及WorldFIP专用总线收发器和供电单元，其中所述的WorldFIP专用总线收发器通过内侧接口与WorldFIP协议控制模块的信号收发和控制引脚相连；所述的WorldFIP协议控制模块通过地址总线A0-A8和数据总线D0-D8以及读写控制线RD/WR、片选信号CS、选通信号ALE与主控制器模块相连；所述的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DT0-DT7和16位地址信号线AT15-AT0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；所述的主控制器模块通过地址线、数据线及控制线分别与PCI总线接口模块和WorldFIP协议控制模块相连；所述的供电单元将+5V电压送入WorldFIP专用总线收发器和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WorldFIP协议控制模块，供电单元的参考地输出GND则与所有GND引脚相连；WorldFIP总线上传输的信号通过WorldFIP专用总线收发器送入到WorldFIP协议控制模块，经解码后，将数据转入主控制器模块，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。
2.根据权利要求1所述的PCI接口型WordFIP数据分析仪，其特征在于所述的WorldFIP专用总线收发器包括WorldFIP专用的总线收发芯片FIFLDRIVE、接口隔离芯片FIELDTR以及具有三态输出的驱动芯片74LVC244；所述FIELDRIVE、FIELDTR以及74LVC244通过内部总线电连接。
3.根据权利要求1所述的PCI接口型WordFIP数据分析仪，其特征在于所述的供电单元包括电源转换芯片AS1117M3-3.3和MIC5207，以及隔离芯片BO505T。
4.一种如权利要求1所述PCI接口型WordFIP数据分析仪的控制方法，其控制过程包括系统初始化和主控制器状态设置的步骤，其特征在于还包括下述步骤：
(1)协议控制器MICROFIP初始化；
(2)端口信息配置；
(3)判断是否采集到WordFIP信号，并在下述步骤中进行选择：
(4)未采集到WordFIP信号，则返回系统初始化；
(5)采集到WordFIP信号，则进行数据处理，并向PCI总线接口模块发送数据；
(6)返回系统初始化。
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