CN107911288A - 列车通信网卡及列车控制管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种列车通信网卡及列车控制管理系统，其中列车通信网卡包括：中央处理器CPU、以太网驱动模块和高级数据链路控制HDLC驱动模块；CPU将至少两个外部设备中第一外部设备发送的采用HDLC协议的第一数据转换为采用以太网协议的第二数据后通过以太网驱动模块发送至以太网总线；CPU将发送给至少两个外部设备中第二外部设备的采用以太网协议的第三数据转换为采用HDLC协议的第四数据后，将第四数据通过HDLC驱动模块发送至第二外部设备。本发明提供的列车通信网卡及列车控制管理系统通过一个网卡实现至少两个采用HDLC协议外部设备与采用以太网协议的MPU之间的通信，简化了列车控制系统的结构。

Description

列车通信网卡及列车控制管理系统

技术领域

本发明涉及轨道列车技术，尤其涉及一种列车通信网卡及列车控制管理系统。

背景技术

由于轨道列车的各部件的通信数据所采用的通信协议不完全相同，为了使采用不同通信协议的设备之间能够进行数据通信，需要将不同通信协议的数据进行转换，而列车控制系统中的列车通信网卡设备用于将通信数据进行协议的转换。

现有技术中，列车通信网卡能够将列车外部设备采用高级数据链路控制(High-Level Data Link Control，简称：HDLC)协议的数据与列车的微处理单元(Microprocessor uint，简称：MPU)采用的以太网通信协议的数据进行相互转换，并将转换后的数据发送至对应设备，从而实现列车的外部设备与列车内部MPU之间的通信。

采用现有技术，列车每一个外部设备与MPU进行通信时，都需要配备一个列车通信网卡进行协议的转换，而轨道列车通常包括多个外部设备，因此为了满足多个外部设备的通信，需要在列车控制系统中设置多个列车通信网卡，造成了列车控制系统的结构较为复杂。

发明内容

本发明提供一种列车通信网卡及列车控制管理系统，简化了列车控制系统的结构。

本发明提供一种列车通信网卡，包括：

中央处理器CPU、以太网驱动模块和高级数据链路控制HDLC驱动模块，所述CPU通过所述以太网驱动模块连接以太网总线，所述CPU通过所述HDLC驱动模块连接至少两个外部设备；

所述CPU用于通过所述HDLC驱动模块接收所述至少两个外部设备中第一外部设备发送的采用HDLC协议的第一数据，并将所述第一数据转换为采用以太网协议的第二数据后，将所述第二数据通过所述以太网驱动模块发送至所述以太网总线；

所述CPU还用于通过所述以太网驱动模块接收发送给所述至少两个外部设备中第二外部设备的采用以太网协议的第三数据，并将所述第三数据转换为采用HDLC协议的第四数据后，将所述第四数据通过所述HDLC驱动模块发送至所述第二外部设备。

在本发明一实施例中，所述HDLC驱动模块用于，当接收到所述第一外部设备发送的数据时，建立所述第一外部设备与所述CPU的连接关系；

所述HDLC驱动模块还用于，当接收到发送给所述第二外部设备的数据时，建立所述CPU与所述第二外部设备的连接关系。

在本发明一实施例中，所述HDLC驱动模块具体用于根据接收到的数据中的第一标识信息，确定发送数据的第一外部设备；

所述HDLC驱动模块具体用于根据接收到的数据中的第二标识信息，确定接收数据的第二外部设备。

在本发明一实施例中，当所述CPU同时接收到多个所述至少两个外部设备发送的采用HDLC协议的数据时，根据数据中的优先级标识信息，根据优先级由高至低的顺序将所述多个数据转换为以太网协议的数据后通过所述以太网驱动模块发送至所述以太网总线；

当所述CPU同时接收到多个发送给所述至少两个外部设备的采用以太网协议的数据时，根据数据中的优先级标识信息，根据优先级由高至低的顺序将所述多个数据转换为HDLC协议的数据后通过所述HDLC驱动模块发送至接收数据的外部设备。

在本发明一实施例中，所述HDLC驱动模块包括至少两个HDLC驱动电路，每个所述HDLC驱动电路连接两个所述外部设备。

在本发明一实施例中，所述CPU为STM32F407型号的ARM Crotex处理器；

所述以太网驱动模块为W5500型号的以太网PHY芯片；

所述HDLC驱动电路为HDLC协议芯片。

在本发明一实施例中，所述CPU通过FSMC硬件接口与所述HDLC协议芯片Z8523L连接；

所述CPU的IO接口与所述HDLC协议芯片的中断引脚连接；

所述CPU的IO接口还与所述HDLC协议芯片的接收发送器使能引脚连接。

在本发明一实施例中，所述CPU通过SPI硬件接口与所述以太网PHY芯片连接；

所述CPU的IO接口与所述以太网PHY芯片的通信模式引脚连接。

在本发明一实施例中，所述CPU通过所述FSMC接口配置所述HDLC协议芯片；

所述CPU通过所述SPI接口配置所述以太网PHY芯片。

本发明提供一种列车控制管理系统，包括上述各实施例中任一项所述的列车通信网卡。

本发明提供一种列车通信网卡及列车控制管理系统，其中列车通信网卡包括：中央处理器CPU、以太网驱动模块和高级数据链路控制HDLC驱动模块，CPU通过以太网驱动模块连接以太网总线，CPU通过HDLC驱动模块连接至少两个外部设备；CPU用于通过HDLC驱动模块接收至少两个外部设备中第一外部设备发送的采用HDLC协议的第一数据，并将第一数据转换为采用以太网协议的第二数据后，将第二数据通过以太网驱动模块发送至以太网总线；CPU还用于通过以太网驱动模块接收发送给至少两个外部设备中第二外部设备的采用以太网协议的第三数据，并将第三数据转换为采用HDLC协议的第四数据后，将第四数据通过HDLC驱动模块发送至第二外部设备。本发明提供的列车通信网卡及列车控制管理系统，能够同时连接至少两个外部设备，使得通过一个网卡实现至少两个采用HDLC协议外部设备与采用以太网协议的MPU之间的通信，从而简化了列车控制系统的结构。并在降低成本的同时还减少了设备的走线，从而提高了整个网络控制系统的通信效率与稳定性，提高了列车安全运行的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明列车通信网卡实施例一的结构示意图；

图2为本发明列车通信网卡实施例二的结构示意图；

图3为本发明HDLC驱动电路实施例的结构示意图；

图4为本发明以太网驱动模块电路实施例的结构示意图；

图5为本发明CPU电路实施例的结构示意图；

图6为本发明列车控制管理系统实施例一的结构示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明列车通信网卡实施例一的结构示意图。如图1所示，本实施例列车通信网卡1包括：中央处理器CPU11、以太网驱动模块12和高级数据链路控制(High-LevelData Link Control，简称：HDLC)驱动模块13，CPU11通过以太网驱动模块12连接以太网总线3，CPU11通过HDLC驱动模块13连接至少两个外部设备2。其中，CPU11用于通过HDLC驱动模块13接收至少两个外部设备2中第一外部设备2发送的采用HDLC协议的第一数据，并将第一数据转换为采用以太网协议的第二数据后，将第二数据通过以太网驱动模块12发送至以太网总线3；CPU11还用于通过以太网驱动模块12接收发送给至少两个外部设备2中第二外部设备2的采用以太网协议的第三数据，并将第三数据转换为采用HDLC协议的第四数据后，将第四数据通过HDLC驱动模块13发送至第二外部设备2。

具体地，本实施例提供的列车通信网卡1用于使得采用不同通信协议数据的至少两个外部设备2与以太网总线3进行通信，从而可以与以太网总线上的微处理单元(Microprocessor uint，简称：MPU)进行通信。例如：图中示出了两个外部设备2，两个外部设备2均连接HDLC驱动模块13，当其中的第一外部设备2需要通过以太网总线3发送第一数据至与以太网总线3连接的MPU时，CPU11通过HDLC驱动模块13接收第一外部设备2发送的第一数据，并将第一数据进行转换得到第二数据，第二数据采用以太网协议，因此能够通过以太网总线3发送至MPU。相应地，当MPU需要向第二外部设备2发送第三数据时，CPU11通过以太网驱动获取MPU发送至以太网总线3的第三数据，并对第三数据进行转换为采用HDLC协议的第四数据，使得第四数据能够被采用HDLC协议的第二外部设备2接收并处理。

可选地，由于现有的列车通信网卡通常一个网卡智能支持一个外部设备进行通信，并且没有HDLC转以太网类型的网关。而本实施例提供的列车通信网卡正是列车控制管理系统重要的组成部分，能够负责列车的至少两个外部设备2与MPU之间的通信，能够将各个外部设备2采用HDLC协议的数据转换成采用以太网通信协议的数据，并可以通过背板集成的以太网与MPU进行数据交换，从而当列车控制管理系统中包括多个外部设备2时，只需要一个列车通信网卡即可完成通信数据的转换，进而可以实现MPU控制整个列车控制管理系统内的所有外部设备2，同时提高了整个列车控制管理系统的稳定性，提高列车安全运行的可靠性。

可选地，本实施例中提供的列车通信网卡能够应用于列车中其他采用不同通信协议进行通信的部件中，例如：采用TCP/IP协议与HDLC协议的设备或采用TCP/IP协议与以太网协议之间的设备等，再此不作限定。

本实施例专门针对传统的单通道的HDLC与以太网的通信网卡，通过多通道HDLC通信的设计和以太网通信功能的设计，有效减少了车辆内部走线并降低了成本，同时提高了列车控制管理系统各外部设备2与MPU通信的效率，提高了数据传输的安全性和可靠性，适合于多个HDLC外部设备2的列车通信领域，在列车控制管理系统中有着明显的优势，是未来的发展方向。

综上，本实施例提供的列车通信网卡包括：中央处理器CPU11、以太网驱动模块12和高级数据链路控制HDLC驱动模块13，CPU11通过以太网驱动模块12连接以太网总线3，CPU11通过HDLC驱动模块13连接至少两个外部设备2；CPU11用于通过HDLC驱动模块13接收至少两个外部设备2中第一外部设备2发送的采用HDLC协议的第一数据，并将第一数据转换为采用以太网协议的第二数据后，将第二数据通过以太网驱动模块12发送至以太网总线3；CPU11还用于通过以太网驱动模块12接收发送给至少两个外部设备2中第二外部设备2的采用以太网协议的第三数据，并将第三数据转换为采用HDLC协议的第四数据后，将第四数据通过HDLC驱动模块13发送至第二外部设备2。则本实施例提供的列车通信网卡，能够同时连接至少两个外部设备2，使得通过一个网卡实现至少两个采用HDLC协议外部设备2与采用以太网协议的MPU之间的通信，从而简化了列车控制系统的结构。并在降低成本的同时还减少了设备的走线，从而提高了整个网络控制系统的通信效率与稳定性，提高了列车安全运行的可靠性。

可选地，在上述实施例中，HDLC驱动模块13用于，当接收到第一外部设备2发送的数据时，建立第一外部设备2与CPU11的连接关系；HDLC驱动模块13还用于，当接收到发送给第二外部设备2的数据时，建立CPU11与第二外部设备2的连接关系。

具体地，由于上述实施例提供的HDLC驱动模块13同时连接了至少两个外部设备2，每个外部设备2都需要通过同一通道通过CPU11和以太网驱动模块12后发送至以太网总线3上。则当HDLC驱动模块13接收到第一外部设备2发送的数据时，建立第一外部设备2与CPU11的连接关系，可选地，通过建立第一外部设备2与CPU11相应引脚连接的方式建立第一外部设备2与CPU11之间的连接关系。相应地，当HDLC驱动模块13接收到以太网总线3上发送给指示两个外部设备2的消息后，HDLC驱动模块13还需要对消息进行类似一个分发的处理。即当HDLC驱动模块13以太网总线3上发送给第二外部设备2的数据时，建立CPU11与第二外部设备2的连接关系，可选地，通过建立第二外部设备2与CPU11相应引脚连接的方式建立第二外部设备2与CPU11之间的连接关系。

可选地，在上述实施例中，HDLC驱动模块13具体用于根据接收到的数据中的第一标识信息，确定发送数据的第一外部设备2；HDLC驱动模块13具体用于根据接收到的数据中的第二标识信息，确定接收数据的第二外部设备2。

具体地，为了使上述实施例中HDLC驱动模块13准确从至少两个外部设备2上接收的数据具体是哪一外部设备2发送的，以及让HDLC驱动模块13准确从发送给特定外部设备2的数据具体是发给哪一外部设备2的。则一种可能的解决方式是，在至少两个外部设备2发送与接收的数据内同时加入第一标识信息与第二标识信息。可选地，第一标识信息与第二标识信息可以以报头或者加密的形式加入外部设备2发送与接收的数据前，使得HDLC驱动模块13能够对至少两个外部设备2发送与接收的数据进行标识与区分。

可选地，在上述各实施例中，当CPU11同时接收到多个至少两个外部设备2发送的采用HDLC协议的数据时，根据数据中的优先级标识信息，根据优先级由高至低的顺序将多个数据转换为以太网协议的数据后通过以太网驱动模块12发送至以太网总线3；当CPU11同时接收到多个发送给至少两个外部设备2的采用以太网协议的数据时，根据数据中的优先级标识信息，根据优先级由高至低的顺序将多个数据转换为HDLC协议的数据后通过HDLC驱动模块13发送至接收数据的外部设备2。

具体地，由于上述实施例提供的HDLC驱动模块13同时连接了至少两个外部设备2，每个外部设备2都需要通过同一通道通过CPU11和以太网驱动模块12与以太网总线3进行信息的交互，不可避免地会出现发送接收的竞争问题，有的数据较为紧急需要提前发送或接收，而有些数据无关紧要可以延缓发送或接收。因此在本实施例中外部设备2发送或接收的数据均加入优先级的标识，使得CPU11根据优先级的标识对不同的信息进行处理。可选地，优先级标识可以以报头或者加密的形式加入外部设备2发送与接收的数据前。可选地，同一优先级的数据按照可以时间顺序进行处理。

图2为本发明列车通信网卡实施例二的结构示意图。如图2所示，本实施例列车通信网卡在图1所示实施例的基础上，HDLC驱动模块13包括至少两个HDLC驱动电路131，每个HDLC驱动电路131连接两个外部设备2。

具体地，在上述实施例中通信网卡的具体实施时，为了电路设计方便以及考虑到HDLC驱动的处理性能，可以采用多个HDLC驱动电路131并行组成HDLC驱动模块13的方式，每个HDLC驱动电路131能够分别连接两个外部设备2，同时每个HDLC驱动电路131都连接CPU11。

可选地，在本实施例中，八通道HDLC转以太网通信网卡是列车控制管理系统常见的部件，因此根据实际工程需要优选地，本实施例的HDLC驱动模块13可以包括4个并列的HDLC驱动电路131，每个HDLC驱动电路131能够连接两个外部设备2，使得HDLC驱动模块13连接8个外部设备2。

具体地，在图2所示实施例中，具体的电路元件的一种可能的组合方式为：CPU11为STM32F407型号的ARM Crotex处理器；以太网驱动模块12为W5500型号的以太网PHY芯片；HDLC驱动电路131为HDLC协议芯片。

可选地，在上述实施例中，CPU11通过FSMC硬件接口与HDLC协议芯片Z8523L连接；CPU11的IO接口与HDLC协议芯片的中断引脚连接；CPU11的IO接口还与HDLC协议芯片的接收发送器使能引脚连接。

可选地，在上述实施例中，CPU11通过SPI硬件接口与以太网PHY芯片连接；CPU11的IO接口与以太网PHY芯片的通信模式引脚连接。

可选地，在上述各实施例中，CPU11通过FSMC接口配置HDLC协议芯片；CPU11通过SPI接口配置以太网PHY芯片。

具体地，图3为本发明HDLC驱动电路实施例的结构示意图。图4为本发明以太网驱动模块电路实施例的结构示意图。图5为本发明CPU电路实施例的结构示意图。

如图3所示，本实施例提供的HDLC驱动电路131包括HDLC控制电路和HDLC接口电路，其中图中所示的HDLC控制电路为3通道和4通道的HDLC驱动电路131。CPU11的FSMC硬件接口与HDLC芯片Z8523L进行连接，HDLC芯片即为图3中标号为U15的元件，而CPU11的FSMC硬件接口为图5中的标识有CMC管脚。同时，HDLC芯片Z8523L的中断引脚(pin6)与CPU11的IO中断接口连接，从而当外部设备2有采用HDLC协议的数据需要发送至总线时，CPU11产生中断，同时HDLC芯片Z8523L的通道选择引脚(pin39)与CPU11的IO连接，进行通道选择。HDLC芯片Z8523L的数据命令引脚(pin37)与CPU11的IO连接，用于区分总线上的数据为控制命令或通信数据。如图3所示的HDLC驱动电路131还包括接收发送器ADM2687E，用于接收与发送采用HDLC协议的数据。接收发送器ADM2687E的使能引脚(pin4和pin5)与CPU11的IO接口连接，将采用HDLC协议的数据与CPU11之间进行数据的接收或发送。接收发送器ADM2687E的数据接收引脚(pin3)，数据发送引脚(pin6)分别与HDLC芯片Z8523L的接收引脚(pin14)，数据发送引脚(pin16)连接，与外部设备2一同形成数据物理层的通路。

如图4所示，本实施例提供的以太网驱动模块12为通过型号为W5500的以太网PHY芯片实现的一路输入一路输出的电路，PHY芯片即为图中标号为U31的芯片。其中图5中的CPU11通过CPU11的SPI接口配置和初始化图4中的PHY芯片使其处于正常通信的状态。PHY芯片通信模式引脚(pin43，pin44和pin45)与图5中CPU11的IO引脚连接以对以太网的通信模式进行控制。可选地，图4中所示电路配置为全功能模式，可以自适应10M和100M的通信速率。

如图5所示，本实施例提供的CPU11采用最新的ARM Cortex处理器STM32F407。其中，ARM Cortex系列为新一代的为广泛技术提供标准架构的处理器，由于其包括完整的处理器核心以及标准的CPU11和系统架构，因此具有高性能、低成本以及低功耗的特点。如图中所示的CPU11芯片，即图中标号U4A的元件，通过其FSMC接口配置以及初始化HDLC芯片Z8523L，通过其SPI接口配置以及初始化PHY芯片，从而通过HDLC芯片与外部设备2进行HDLC协议数据的通信，通过PHY芯片与以太网总线3进行以太网协议的通信，进而实现了以太网总线3与外部设备2之间的数据交互功能，特别地，能够使得列车控制管理系统中的子设备与列车内部的MPU实现了数据交互。

图6为本发明列车控制管理系统实施例一的结构示意图。如图6所示，本实施例提供的列车控制管理系统60包括上述各实施例中任一项的列车通信网卡601。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种列车通信网卡，其特征在于，包括：

中央处理器CPU、以太网驱动模块和高级数据链路控制HDLC驱动模块，所述CPU通过所述以太网驱动模块连接以太网总线，所述CPU通过所述HDLC驱动模块连接至少两个外部设备；

所述CPU用于通过所述HDLC驱动模块接收所述至少两个外部设备中第一外部设备发送的采用HDLC协议的第一数据，并将所述第一数据转换为采用以太网协议的第二数据后，将所述第二数据通过所述以太网驱动模块发送至所述以太网总线；

所述CPU还用于通过所述以太网驱动模块接收发送给所述至少两个外部设备中第二外部设备的采用以太网协议的第三数据，并将所述第三数据转换为采用HDLC协议的第四数据后，将所述第四数据通过所述HDLC驱动模块发送至所述第二外部设备。

2.根据权利要求1所述的列车通信网卡，其特征在于，

所述HDLC驱动模块用于，当接收到所述第一外部设备发送的数据时，建立所述第一外部设备与所述CPU的连接关系；

所述HDLC驱动模块还用于，当接收到发送给所述第二外部设备的数据时，建立所述CPU与所述第二外部设备的连接关系。

3.根据权利要求2所述的列车通信网卡，其特征在于，

所述HDLC驱动模块具体用于根据接收到的数据中的第一标识信息，确定发送数据的第一外部设备；

所述HDLC驱动模块具体用于根据接收到的数据中的第二标识信息，确定接收数据的第二外部设备。

4.根据权利要求1-3任一项所述的列车通信网卡，其特征在于，

当所述CPU同时接收到多个所述至少两个外部设备发送的采用HDLC协议的数据时，根据数据中的优先级标识信息，根据优先级由高至低的顺序将所述多个数据转换为以太网协议的数据后通过所述以太网驱动模块发送至所述以太网总线；

当所述CPU同时接收到多个发送给所述至少两个外部设备的采用以太网协议的数据时，根据数据中的优先级标识信息，根据优先级由高至低的顺序将所述多个数据转换为HDLC协议的数据后通过所述HDLC驱动模块发送至接收数据的外部设备。

5.根据权利要求4所述的列车通信网卡，其特征在于，

所述HDLC驱动模块包括至少两个HDLC驱动电路，每个所述HDLC驱动电路连接两个所述外部设备。

6.根据权利要求5所述的列车通信网卡，其特征在于，

所述CPU为STM32F407型号的ARM Crotex处理器；

所述以太网驱动模块为W5500型号的以太网PHY芯片；

所述HDLC驱动电路为HDLC协议芯片。

7.根据权利要求5所述的列车通信网卡，其特征在于，

所述CPU通过FSMC硬件接口与所述HDLC协议芯片Z8523L连接；

所述CPU的IO接口与所述HDLC协议芯片的中断引脚连接；

所述CPU的IO接口还与所述HDLC协议芯片的接收发送器使能引脚连接。

8.根据权利要求5所述的列车通信网卡，其特征在于，

所述CPU通过SPI硬件接口与所述以太网PHY芯片连接；

所述CPU的IO接口与所述以太网PHY芯片的通信模式引脚连接。

9.根据权利要求6-8任一项所述的列车通信网卡，其特征在于，

所述CPU通过所述FSMC接口配置所述HDLC协议芯片；

所述CPU通过所述SPI接口配置所述以太网PHY芯片。

10.一种列车控制管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的列车通信网卡。