CN105407136A - 一种列车网络通信实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种列车通信网络实现方法，本方法将通信数据内存划分为三块，然后将列车网络初始化，按照设定的内存地址访问方法来进行数据通信。本发明结合了列车通信数据的端口数据具有固定的特征周期这个特点，通过对列车通信数据内存针对不同的端口分配成三个内存块的方式，实现了无需冲突仲裁，即可实现处理器和总线控制器对于列车通信数据内存的实时访问。保证数据的完整性、冗余性，并且提高了处理器的处理效率，降低功耗、降低芯片的面积。

Description

一种列车网络通信实现方法
技术领域
本发明涉及一种列车通信网络方法。
背景技术
列车通信网(TrainCommunicationNetwork，TCN)是伴随现代列车的高速化、自动化和舒适化等发展方向而产生的，用于在机车车辆各计算机之间互相传输与交换诸如状态、控制、故障诊断、旅客服务等信息。应用最广泛的TCN标准为IEC国际标准(IEC61375-1)，它包括两种总线类型绞线式列车总线(WireTrainBus，WTB)和多功能车厢总线(MultifunctionVehicleBus，MVB)。两种总线均采用周期性主从协议，提供过程数据、消息数据和监控数据三种服务。过程数据是周期性数据，有着严格的时间限制，需要进行周期性更新；消息数据和监视数据是一些非周期数据，没有严格的时间要求，可以在数据改变时才传输。
为了保证列车通信网络数据的可靠性，网络中各种数据类型都需要能够有足够的冗余，同时需要能够被网络处理器，网络总线和应用处理器访问，更重要的是要保证数据的准确，及时更新。这就难免会碰到几个方面同时访问数据内存时候会引起冲突，如何处理这个冲突，为网络系统提供一个合理的仲裁，既要保证数据的准确性、及时性，同时保证处理器的处理速度和网络数据完整。这一直是整个系统设计的一个关键的课题。
Duagon公司的产品D113中列车通信数据内存结构为总线控制器通过缓冲器(buffer)缓存来访问列车通信数据内存，应用处理器和底层处理器通过MVB-控制器仲裁来直接访问列车通信数据内存，相对总线控制器来说拥有更高的优先级，这样的话就会影响总线数据的及时更新，同时多加的缓冲器增加了芯片的面积。
在D104和D114的产品结构中，使用双端口RAM来作为列车通信数据内存，这样虽然增加了列车通信数据内存访问的端口，但是没有完全解决冲突引起的仲裁问题，应用处理器和总线处理器对于列车通信数据内存的访问同样要经过控制逻辑的判断控制，同时要特别小心对于同一个地址或者同一个网络端口的同一类型数据进行同时读写时，由于应用处理器和总线处理器的读写时钟是不一样的，这样有可能会造成端口数据一部分是更新前的数据，一部分是更新后的数据这种情况。同时使用双端口RAM更大程度的增加了芯片的面积。
所以这些结构对于整个系统的效率和芯片的面积等方面都是有局限性的。
发明内容
本发明目的是：提供一种新的列车通信方法，通过一种新的数据结构来实现应用处理器，总线控制器，底层处理器对于列车通信数据内存的合理访问，保证各媒介的优先顺序，同时更加重要的是保证数据的完整性，冗余性，及时更新性，在这个基础上，更大限度的保证处理器的处理效率，降低芯片的时钟频率，降低功耗，同时降低芯片的面积。
本发明的技术方案是：
一种列车通信网络实现方法包括：
步骤1：将列车通信数据内存分成内存块A、内存块B和内存块C；
步骤2：列车通信网络的网络节点的特性报告给总线主，网络节点初始化，总线主将所有网络节点的特性报告给网络中的每一个组成节点，建立网络节点基本周期表；
步骤3：通过设定的地址分配方法来进行数据通信。
所述地址分配方法的具体步骤是：
步骤101：网络节点的逻辑地址映射到通信数据内存；
步骤102：将端口的数据按照内存块A、内存块B、内存块C的循环顺序依次存放，直至数据存放完毕；
步骤103：处理器和控制器同时访问不同的内存块。
更进一步的，当列车网络组成发生改变时，按照所述步骤1至步骤3重新操作。
本发明的优点是：
本发明结合了列车通信数据的端口数据具有固定的特征周期这个特点，通过对列车通信数据内存针对不同的端口分配成三个内存块的方式，实现了无需冲突仲裁，即可实现处理器和总线控制器对于列车通信数据内存的实时访问，保证数据的完整性、冗余性，并且提高了处理器的处理效率，降低功耗和芯片的面积。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的流程图；
图2为列车网络通信的周期表。
具体实施方式
实施例：
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
一种列车通信网络实现方法包括：
如图1所示，步骤1：将列车通信数据内存分成内存块A、内存块B和内存块C。针对有可能会有冲突的仲裁产生，列车通信数据内存被分块。
步骤2：列车通信网络的网络节点的特性报告给总线主，网络节点初始化，总线主将所有网络节点的特性报告给网络中的每一个组成节点，建立网络节点基本周期表；这个表将伴随整个列车网络通信运行的全过程。
在列车通信网络中，在正常运行时，总线主循环工作，它把总线活动分成基本周期，如图2所示,每个基本周期由周期相和偶发相组成。
为保证确定和及时分发进程数据，总线主在预定的间隔(它的特征周期)内轮询每个节点的周期性数据；在两个周期相间的固定时间内总线组轮询节点的偶发性数据：消息数据及监视数据。
每个列车网络在一开始机车头和车厢挂好上电时开始初运行，初运行完成以后网络内所有的节点组成一个网络系统，节点的特征周期，数据长度，节点状态等信息对于网络中每个节点都是可见的。
基本周期固定为25ms，每个进程数据的节点(如客车)可请求按特征周期轮询，一个特征周期是基本周期的整倍数。
随着车辆的增加，周期相增长而偶发相收缩，这样维持进程数据的分发时延与节点数量无关，这点正与消息数据相反。
应用有责任保证有足够的时间留给偶发性数据。例如，若总线主每隔25ms轮询10个节点，轮询每个节点需时1ms，则有15ms留给偶发性数据。若节点数增至20个，则仅有5ms时间留给偶发性数据，这个时间就可能太短。
对偶发性数据，总线主只要按顺序轮询节点。为缩短搜索时间，从节点在被轮询时，可通告它有偶发性数据待传送。于是总线主在周期相后再次轮询该从节点的偶发性数据。
在列车通信网络中可支持最多4096个设备，每个设备对应着列车通信数据内存中一个端口，也就是说在列车通信数据内存中每个端口的数据刷新时有一个特征周期，也就是整个列车通信网络的基本周期25ms的整数倍。只有在属于本设备的特征周期内，列车通信数据内存相应端口的数据才有可能被刷新。
步骤3：通过设定的地址分配方法来进行数据通信。
1、首先将网络节点的逻辑地址映射到通信数据内存；
所有对于列车通信数据内存的内存块A,内存块B和内存块C的访问都通过一个结构图中所示的端口逻辑地址和物理地址映射以及通信数据内存块地址动态分配管理中心来进行统一管理。
把整个列车网络中的节点的逻辑地址(0～4095)映射到通信数据内存中的物理地址上去，使得列车网络中的每个实际存在的节点设备(对应一个0～4095中的一个逻辑地址)都有一个实际存放节点数据的实际内存地址。这个逻辑地址和物理地址的映射通过软件的设置来完成，每次网络正式运行前，系统软件将通过运算得到最佳(最省内存面积和最快访问速度)来分配地址映射关系
2、然后，将端口的数据按照内存块A、内存块B、内存块C的循环顺序依次存放，直至数据存放完毕；
在端口地址映射完成以后，通信数据地址动态分配模块还将通过硬件自动去读取软件在初始化过程中建立的网络节点基本周期表，自动按照每相邻3个周期内的数据分别将通信数据存放到不同的通信数据内存块当中的原则进行地址解码和分配。这样就将整个列车网络中所有实际存在的网络节点的通信数据存放内存分成了三个内存块。
每次初始化的时候把0～4095共4096个端口的数据存放地址按照端口所对应的设备的特征周期分成3块，对应如下：
内存块A:基本周期1，4，7，10，……，4093，4096
内存块B:基本周期2，5，8，11，……，4094
内存块C:基本周期3，6，9，12，……，4095
因为每个端口的特征周期是初始化的时候就由系统软件分配好的，所以在初始化得时候软件就可以相应地设置，分配好每个端口数据所对应的列车通信数据内存块。
3、最后，处理器和控制器同时访问不同的内存块。
由于以上这样的地址分配方式，我们可以实现处理器和控制器对于列车通信数据内存的访问就完全错开，不会产生任何冲突。
通过端口地址解码和内存块分组解码模块，在每个基本周期内，软件可以控制处理器周期性地去查询上个基本周期内总线上传送的数据，所以在这个基本周期内，处理器和总线控制器所访问的地址通过初始化设置好的地址解码方式解码出来以后必然所访问的是不同的列车通信数据内存块的地址，而我们不同的内存块都有自己分别得数据访问端口，所以基于这个结构，处理器和总线控制器能互不干扰地同时访问列车通信数据内存的数据。对于总线控制器和处理器的工作效率，数据读取写入速度都不会有任何等待状态。
在实际运行过程中，只要有一个节点的状态发生改变(比如说数据的特征周期或者数据包长度)，或者有一个车厢解挂又或者新连，入一个车厢，这都是整个网络组成的改变，这个时候初始运行过程会重新启动，每个节点又都要通知总线主，它需被轮询的周期，总线主据此建立轮询策略。
本发明结合了列车通信数据的端口数据具有固定的特征周期这个特点，通过对列车通信数据内存针对不同的端口分配成三个内存块的方式，实现了无需冲突仲裁，即可实现处理器和总线控制器对于列车通信数据内存的实时访问。

Claims (3)

1.一种列车通信网络实现方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：将列车通信数据内存分成内存块A、内存块B和内存块C；
步骤2：列车通信网络的网络节点的特性报告给总线主，网络节点初始化，总线主将所有网络节点的特性报告给网络中的每一个组成节点，建立网络节点基本周期表；
步骤3：通过设定的地址分配方法来进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址分配方法的步骤是：
步骤101：网络节点的逻辑地址映射到通信数据内存；
步骤102：将端口的数据按照内存块A、内存块B、内存块C的循环顺序依次存放，直至数据存放完毕；
步骤103：处理器和控制器同时访问不同的内存块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当列车网络组成发生改变时，按照所述步骤1至步骤3重新操作。
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