CN103684892A - 一种wtb协议分析仪及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WTB协议分析仪及其工作方法，属于列车网络通信领域。本发明WTB协议分析仪包括ARM核心、FPGA核心、WTB接口、LCD触摸屏；其中，ARM核心与FPGA核心通信连接，FPGA核心收到ARM核心发出的数据采集指令后进行数据采集并将采集到的数据进行解码后传输给ARM核心，收到ARM核心发出的停止数据采集指令时，停止数据采集；ARM核心负责根据TCN协议对列车WTB网络数据进行数据解析；LCD触摸屏与ARM核心通信连接，负责人机交互功能，用于协议分析软件操作及相关数据显示。本发明WTB协议分析仪携带方便而且不需要用户搭建软件运行环境，对操作人员的专业性要求不高，通用性强。

Description

一种WTB协议分析仪及其工作方法

技术领域

本发明属于列车网络通信领域，涉及一种WTB协议分析仪及其工作方法，其应用于列车通信网络绞线式列车总线中。

背景技术

列车通信网络(TCN-Train Communication Network)是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互联传送控制、监测与诊断信息的数据通信网络。随着当代列车的智能化，列车通信网络中包含更多的信息，诸如状态、控制、故障诊断、旅客信息等，如何对列车运行数据进行分析从而在早期发现列车运行时存在的风险定位列车缺陷，以保证列车的安全行驶成为一个关键性问题。

由于目前主机厂调试列车使用的WTB协议分析设备采用上位机协议分析软件和下位机设备相结合的方式，设备的繁多及调试环境的搭建、软件安装等给列车调试工作带来了诸多不便。因此，提供一个高效、可靠的、操作便捷的WTB协议分析仪，对WTB总线上的数据进行分析，具有广阔的发展前景。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提出一种WTB协议分析仪及其工作方法，提供对WTB总线数据进行实时捕捉、分析、处理、查询、统计、诊断等应用服务，具有人机交互一体机的功能，其最终能够应用到WTB网络状态检测、故障诊断等方面，为列车网络运行情况分析提供参考依据。

协议分析仪设备通过WTB接口与WTB总线连接，FPGA核心根据协议分析仪软件发出的指令采集列车网络WTB总线数据，并通过SPI总线将数据传输给ARM核心，协议分析仪软件便可以对设备采集到的数据进行解析，并提供查询、统计及分析等应用服务。

本发明的技术方案为：

一种WTB协议分析仪，其特征在于包括ARM核心、FPGA核心、WTB接口、LCD触摸屏；其中，ARM核心与FPGA核心通信连接，FPGA核心收到ARM核心发出的数据采集指令后通过WTB接口进行数据采集并将采集到的数据进行解码后传输给ARM核心，收到ARM核心发出的停止数据采集指令时，停止数据采集；ARM核心负责根据TCN协议对列车WTB网络数据进行数据解析；LCD触摸屏与ARM核心通信连接，负责人机交互功能，用于协议分析软件操作及相关数据显示。

进一步的，所述ARM核心包括下列外围接口：网络接口、SD卡接口、电源接口、USB接口、串口接口；其中，所述网络接口用于提供网络通信功能，所述SD卡接口用于提供数据存储功能，所述电源接口用于提供电源供电功能，所述串口接口用于提供串口调试功能。

进一步的，所述ARM核心采用多线程处理方法对列车WTB网络数据进行数据解析。

进一步的，所述ARM核心与FPGA核心通过SPI总线通信连接。

进一步的，所述ARM核心首先根据TCN协议判断接收的数据文件帧格式的合法性，若合法再对帧数据包进行解析，得到过程数据、消息数据、监视数据的详细内容；然后以TCN协议中规定的帧格式进行显示，包括WTB过程数据帧、WTB消息数据帧、WTB监视数据帧。

进一步的，所述帧格式遵循IEC-61375标准，ARM核心按照IEC-61375标准的帧格式定义解析出过程数据、消息数据、监视数据的详细内容，为数据查询、统计、诊断提供数据源。

一种WTB协议分析仪的工作方法，其步骤为：

1)协议分析仪的ARM核心模块发送数据采集指令给FPGA核心；

2)FPGA核心收到数据采集指令后通过WTB接口从WTB总线采集列车网络数据，并对采集的数据解码后发送给ARM核心；当FPGA收到ARM核心发送的停止数据采集指令时，停止数据采集；

3)ARM核心保存FPGA发送过来的解码后的数据并根据TCN协议进行数据解析；

4)ARM核心将解析后的数据会以TCN协议中规定的帧格式进行显示。

进一步的，所述ARM核心包括下列外围接口：网络接口、SD卡接口、电源接口、USB接口、串口接口；其中，所述网络接口用于提供网络通信功能，所述SD卡接口用于提供数据存储功能，所述电源接口用于提供电源供电功能，所述串口接口用于提供串口调试功能。

进一步的，所述ARM核心首先根据TCN协议判断接收的数据文件帧格式的合法性，若合法则对帧数据包进行解析，得到过程数据、消息数据、监视数据的详细内容；然后以TCN协议中规定的帧格式进行显示，包括WTB过程数据帧、WTB消息数据帧、WTB监视数据帧。

进一步的，所述ARM核心采用多线程处理方法对列车WTB网络数据进行数据解析。

本发明的WTB协议分析仪是基于ARM平台进行研发设计的，采用嵌入式开发思想，它由一台协议分析设备和机载软件组成。技术架构如图1所示。

协议分析仪设备是基于ARM平台的嵌入式设备，主要包括ARM核心、FPGA核心、WTB接口、LCD触摸屏、网络接口、SD卡接口、电源接口、USB接口、串口接口。其中ARM核心与FPGA核心相连，FPGA通过WTB接口将接收到的数据进行解码后传输给ARM核心，ARM核心负责进行数据解析；LCD触摸屏与ARM核心相连，用来显示ARM核心上运行的图形界面软件(WTB协议分析软件)；网络接口、SD卡接口、电源接口、USB接口、串口接口都属于ARM核心的外围接口，分别提供网络通信功能、数据存储功能、电源供电功能、USB功能、串口调试功能。

机载软件由设备固件和协议分析软件组成，其中设备固件包括硬件驱动、BootLoader、Linux Embedded操作系统、根文件系统及FPGA固件，用于完成协议分析仪硬件设备功能的初始化工作，使硬件设备处于正常工作状态，其中硬件驱动、BootLoader、Linux Embedded操作系统、根文件系统位于ARM核心，FPGA固件位于FPGA核心；协议分析软件使用C++、QT语言进行编码设计，用于WTB总线数据的可视化分析，将协议分析仪设备采集的数据根据TCN(列车通信网络)协议进行解析，可根据解析结果对WTB网络数据进行查询诊断统计等操作，为列车网络运行情况分析提供参考依据。

本发明的WTB协议分析仪的工作方法包括以下步骤：

1)协议分析仪设备通过WTB接口与WTB总线连接，FPGA核心采集列车网络数据，并将数据转换成TCN网络协议规定的WTB数据流格式。

2)ARM核心根据协议分析仪软件数据采集指令与FPGA核心通过SPI总线进行高速数据通信。数据采集指令由ARM核心发出，主要是为了通过ARM对FPGA进行控制操作，当ARM上的程序发出“开始采集”(0x01)指令时，FPGA接收到该指令后就开始接收WTB接口的数据(列车网络数据)，并将采集的数据进行解码(即将数据转换成TCN网络协议规定的WTB数据流格式)后传输给ARM核心。

3)ARM核心的协议分析仪软件将采集的数据保存到SD卡中。

4)ARM核心对采集的过程数据、消息数据、监视数据进行解析。对采集的数据根据TCN(列车通信网络)协议标准进行解析，解析后的数据会以协议中规定的帧格式进行显示，包括WTB过程数据帧、WTB消息数据帧、WTB监视数据帧。

5)根据解析结果进行查询、统计、诊断等。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、由于本发明集传统上位机软件与下位机设备功能于一体，因此不仅携带方便而且不需要用户为软件运行环境进行搭建，既可以在列车未出厂时为调试人员使用也可以在出厂运行时使用，开机设备即可运行对操作人员的专业性要求不高。

2、由于本发明使用LCD触摸屏，因此具有良好的人机交互能力和可视化分析能力。

3、将数据存储在SD设备中，在存在设备容量满时可以对存储设备进行更换，并且可对存储的历史数据做离线分析。

4、由于本发明WTB总线过程数据配置遵循UIC556标准，具有通用性。

附图说明

图1为WTB协议分析仪技术架构图；

图2为协议分析仪设备结构示意图；

图3数据采集流程示意图；

图4数据解析流程示意图。

具体实施方式

协议分析仪设备结构示意图如图2所示。主要包括ARM核心1、FPGA核心2、电源模块3、复位系统4、实时时钟5、看门狗模块6、WTB接口7、WTB接口8、USB接口9、LCD触摸屏10、SD卡接口11、网络接口12、串口接口13和电源接口14。ARM核心1主要负责对列车WTB网络数据进行解析(根据TCN协议)，FPGA核心2主要负责采集列车网络数据，两者通过SPI总线进行高速数据通信，电源模块3为协议分析仪设备供电，并提供电源接口13，WTB接口7、WTB接口8用于连接列车上的WTB服务接口，并通过此接口传输采集数据。USB接口9包括主接口和从接口，主接口主要用于设备的辅助供电功能，从接口用于接入具备USB接口的存储设备。LCD触摸屏10主要负责人机交互功能，用于协议分析软件操作及相关数据显示，LCD触摸屏是和ARM核心的LCD接口相连。SD卡接口11主要用于数据文件存储。串口接口12主要用于设备的维护和调试；SD接口、串口接口都属于ARM核心的外围接口，ARM核心上提供SD接口、串口接口。

WTB协议分析仪设备通过WTB线缆连接到网关的WTB接口，WTB协议分析仪连接就绪后即可进行数据采集。

图3所示出的是WTB协议分析仪数据采集示意图。WTB协议分析仪软件(运行在ARM核心)发送开始采集指令，FPGA核心开始采集数据，ARM从FPGA核心读取数据，并打开数据文件，将数据保存到动作文件中，WTB协议分析仪发送停止采集指令，并关闭数据文件，数据采集完毕。

数据采集后WTB协议分析仪通过ARM核心进行解析(解析结果在内存中，直接显示到界面上，不保存)如图4所示，在解析过程中采用多线程处理方法，以提高WTB协议分析仪的工作效率。WTB协议分析仪首先判断数据文件帧格式的合法性，若合法再对其进行拆帧包解析(对帧数据包进行解析)，帧格式遵循IEC-61375标准，按照IEC-61375标准的帧格式定义WTB协议分析仪能够解析出过程数据、消息数据、监视数据的详细内容，为数据查询、统计、诊断等模块提供数据源。

根据解析的结果，可以对过程数据、消息数据进行查询，对子系统进行诊断等，特别的，对于过程数据的分析完全遵循UIC556标准，从而增强了WTB协议分析仪的通用性。

综上所述，本发明这种WTB协议分析仪，具有对WTB总线数据进行采集、解析、查询、分析与统计功能，使用了LCD触摸屏，使其具有良好的人机交互能力。本发明高效地利用了各种硬件接口的作用和软件设计中多任务多线程方法设计了WTB协议分析仪，使其具有操作简单、便于携带，功能齐全，通用性强，技术先进等特点。

Claims (10)

1.一种WTB协议分析仪，其特征在于包括ARM核心、FPGA核心、WTB接口、LCD触摸屏；其中，ARM核心与FPGA核心通信连接，FPGA核心收到ARM核心发出的数据采集指令后通过WTB接口进行数据采集并将采集到的数据进行解码后传输给ARM核心，收到ARM核心发出的停止数据采集指令时，停止数据采集；ARM核心负责根据TCN协议对列车WTB网络数据进行数据解析；LCD触摸屏与ARM核心通信连接，负责人机交互功能，用于协议分析软件操作及相关数据显示。

2.如权利要求1所述的WTB协议分析仪，其特征在于所述ARM核心包括下列外围接口：网络接口、SD卡接口、电源接口、USB接口、串口接口；其中，所述网络接口用于提供网络通信功能，所述SD卡接口用于提供数据存储功能，所述电源接口用于提供电源供电功能，所述串口接口用于提供串口调试功能。

3.如权利要求1所述的WTB协议分析仪，其特征在于所述ARM核心采用多线程处理方法对列车WTB网络数据进行数据解析。

4.如权利要求1所述的WTB协议分析仪，其特征在于所述ARM核心与FPGA核心通过SPI总线通信连接。

5.如权利要求1所述的WTB协议分析仪，其特征在于所述ARM核心首先根据TCN协议判断接收的数据文件帧格式的合法性，若合法再对帧数据包进行解析，得到过程数据、消息数据、监视数据的详细内容；然后以TCN协议中规定的帧格式进行显示，包括WTB过程数据帧、WTB消息数据帧、WTB监视数据帧。

6.如权利要求5所述的WTB协议分析仪，其特征在于所述帧格式遵循IEC-61375标准，ARM核心按照IEC-61375标准的帧格式定义解析出过程数据、消息数据、监视数据的详细内容，为数据查询、统计、诊断提供数据源。

7.一种如权利要求1所述WTB协议分析仪的工作方法，其步骤为：

1)协议分析仪的ARM核心模块发送数据采集指令给FPGA核心；

2)FPGA核心收到数据采集指令后通过WTB接口从WTB总线采集列车网络数据，并对采集的数据解码后发送给ARM核心；当FPGA收到ARM核心发送的停止数据采集指令时，停止数据采集；

3)ARM核心保存FPGA发送过来的解码后的数据并根据TCN协议进行数据解析；

4)ARM核心将解析后的数据会以TCN协议中规定的帧格式进行显示。

8.如权利要求7所述的工作方法，其特征在于所述ARM核心包括下列外围接口：网络接口、SD卡接口、电源接口、USB接口、串口接口；其中，所述网络接口用于提供网络通信功能，所述SD卡接口用于提供数据存储功能，所述电源接口用于提供电源供电功能，所述串口接口用于提供串口调试功能。

9.如权利要求7所述的工作方法，其特征在于所述ARM核心首先根据TCN协议判断接收的数据文件帧格式的合法性，若合法则对帧数据包进行解析，得到过程数据、消息数据、监视数据的详细内容；然后以TCN协议中规定的帧格式进行显示，包括WTB过程数据帧、WTB消息数据帧、WTB监视数据帧。

10.如权利要求7或9所述的工作方法，其特征在于所述ARM核心采用多线程处理方法对列车WTB网络数据进行数据解析。

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