CN109753122A - 一体化列车控制背板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及列车控制技术领域，公开了一种一体化列车控制背板，以提高系统的扩展性和灵活性。本发明按相同信号设计的至少两个以上槽位，且连接各槽位的信号线包括电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线；所述串行总线和所述CPCI总线分别作为所述以太网总线的备份数据通信总线；且所述背板上固设有至少一连接所述电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线并集成各总线调度功能的背板服务器，以用于：监管各槽位所插接扩展卡的热插拔及程序加载，以及在所述扩展卡通过安全认证后，设置并监管各槽位所插接扩展卡之间的通信总线选择及切换、基于应用控制的以太网多主控模式动态构建及CPCI主控模块的智能切换。

Description

一体化列车控制背板

技术领域

本发明涉及列车控制技术领域，尤其涉及一种一体化列车控制背板。

背景技术

在通信技术领域，大型通信设备大多采用分布式系统架构构建其系统，系统中一般含有主控卡、背板、线卡等重要组成部分。主控卡与线卡之间的连接是通过背板走线方式实现的，而各种板卡与背板之间的连接则是通过一个个插接件实现。

一方面，现有机箱总线一般采用主从控制，如CPCI(Compact PeripheralComponent Interconnect,紧凑型PCI)，一个主控板关联多个从控板，且一个机箱通常只能支持一个主控，当主控板故障时，则导致整个机箱系统的瘫痪。同时，现有机箱结构中，板卡之间的数据传输往往限于唯一的数据交换方式，且需要复杂的侦听和分配调度等机制以避免数据冲突；而且各从控板独立性差，由于其功能不同，对应各槽位的总线不同，导致不同的从控板只能安装在固定的槽位，不能混插，且提高了背板总线的设计难度和制造成本，扩展性差。

发明内容

本发明目的在于公开一种一体化列车控制背板，以提高系统的扩展性和灵活性。

为实现上述目的，本发明公开了一种一体化列车控制背板，包括：

按相同信号设计的至少两个以上槽位，且连接各槽位的信号线包括电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线；

所述串行总线，用于在任一槽位插入新的扩展卡时，供CPCI主控模块识别新插入的所述扩展卡的ID信息并进行安全认证；

所述CPCI总线，用于在所述扩展卡通过安全认证后，供CPCI主控模块与所述扩展卡进行主从通信；

所述以太网总线，用于构建各槽位所插接扩展卡之间的分布式通信网络；

其中，所述串行总线和所述CPCI总线分别作为所述以太网总线的备份数据通信总线；且所述背板上固设有至少一连接所述电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线并集成各总线调度功能的背板服务器，以用于：监管各槽位所插接扩展卡的热插拔及程序加载，以及在所述扩展卡通过安全认证后，设置并监管各槽位所插接扩展卡之间的通信总线选择及切换、基于应用控制的以太网多主控模式动态构建及CPCI主控模块的智能切换。

本发明一体式背板具有以下有益效果：

将分布式以太网总线与串行总线、电源管理总线及主从式CPCI总线融为一体，且一方面，在混插型插槽的作用下，可以便捷变更扩展卡的数量，便于维护管理及系统扩容；另一方面，在背板服务器的作用下，机箱内各扩展卡之间可以通过通信总线的灵活选择及切换确保数据可靠稳定交互、以及动态构建基于应用控制的多主控模式及智能切换CPCI主控模块。极大丰富了系统整体的协同功能、承载能力和灵活性，并提升了系统风险的智能应对性能。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一体化列车控制系统框图；

图2是本发明实施例的一体化列车控制背板框图；

图3是本发明实施例的扩展卡框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例公开一种一体化列车控制系统，如图1所示，包括一体化列车控制背板1和至少两个以上扩展卡2。

如图2所示，本实施例一体化列车控制背板包括：

按相同信号设计的至少两个以上槽位，且连接各槽位的信号线包括电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线；

所述串行总线，用于在任一槽位插入新的扩展卡时，供CPCI主控模块识别新插入的所述扩展卡的ID信息并进行安全认证；

所述CPCI总线，用于在所述扩展卡通过安全认证后，供CPCI主控模块与所述扩展卡进行主从通信；

所述以太网总线，用于在所述扩展卡通过安全认证后，构建各槽位所插接扩展卡之间的分布式通信网络；

其中，所述串行总线和所述CPCI总线分别作为所述以太网总线的备份数据通信总线；且所述背板上固设有至少一连接所述电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线并集成各总线调度功能的背板服务器，所述背板服务器用于：监管各槽位所插接扩展卡的热插拔及程序加载，以及在所述扩展卡通过安全认证后，设置并监管各槽位所插接扩展卡之间的通信总线选择及切换、基于应用控制的以太网多主控模式动态构建及CPCI主控模块的智能切换。

优选地，所述背板服务器设置有基于AMP(Asymmetric multiprocessing，非对称多处理)方式组合的四个CPU从核，以分别用于电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线之间的独立功能实现，且各所述CPU从核共同连接一用于数据处理处理的CPU主核，所述CPU主核与各所述CPU从核分别与数据库连接，以进行数据同步。

与上述背板相对应的，如图3所示，本实施例扩展卡至少包括：

电源管理单元32，用于将背板电源管理总线提供的电源转换成扩展卡内各功能单元所需的工作电源；

安全认证单元34，用于记录所述扩展卡自身的ID信息以供背板串行总线所连接的CPCI主控模块识别并进行安全认证；

以太网数据处理单元36，用于与背板上的以太网总线进行数据交换；

CPCI数据处理单元38，用于在所述扩展卡通过安全认证后，经背板CPCI总线进行板间主从通信；

其中，所述电源管理单元、安全认证单元、以太网数据处理单元及CPCI数据处理单元分别连接主控单元30，所述主控单元用于实现外部数据的输入输出处理，并将背板上的串行总线和所述CPCI总线分别作为所述以太网总线的备份数据通信总线以实现与背板所连接其他功能模块之间的数据交互处理。

可选的，本实施例扩展卡包括以下的任意一种或任意组合：

制动控制子系统扩展卡、PIS(Passenger Information System，乘客信息系统)子系统扩展卡、牵引子系统扩展卡、车门子系统扩展卡和IO扩展卡。进一步地，各所述扩展卡为内设有数据链路层与应用层直连数据通道的自定义协议栈的功能卡，且支持所述自定义协议栈的数据帧基于所述以太网总线在所述背板内进行板间快速数据交换；使得数据链路层的特殊数据可以不经过IP层和传输层等中间层而直达应用层，提高了该特殊数据传输的实时性。

进一步地，在本实施例系统中，所述电源管理总线连接有至少两块电源板，所述背板服务器与各所述电源板分别连接，以根据各槽位所插接扩展卡的类型和数量控制各电源板的工作状态并在各电源板之间实现负载均衡。例如：在所插接扩展卡数量超过某一阈值时，背板服务器可以基于两块电源板提供如12V等较高的电源，进而供各扩展卡以电源管理单元分别转换成各自所需的5V、3.3V或1.5V等内部工作电源；而当所插接扩展卡的数量低于某一阈值时，背板服务器可以轮询机制以单块电源板进行供电，而另一块则作为备用。藉此，本实施例通过电源管理总线，可避免传输距离长所导致的电压不稳定，从而也确保了系统稳定性。

与上述电源板的负载均衡相类似的，本实施例CPCI主控模块的智能切换也可以基于各扩展卡之间的负载均衡机制做出。例如：当现有实现CPCI主控模块的第一扩展卡被构建成基于以太网总线的多主控模式时，背板服务器可以根据该第一扩展卡的负载情况将CPCI主控模块的功能转移至其他空闲且有匹配能力的第二扩展卡上。其中，多主控模式有点像存储里面的复制，也就是对等的节点可以做互备，一对多、多对一均可；备份数据和任务“对象”信息在每一个备份扩展卡上都是完整的，从而使得以太网多主控模式具有更出色的容错能力。同理，当现有承载CPCI主控模块的扩展卡从插槽被拔出后，背板服务器也能及时并自动指定新的承载CPCI主控模块功能的扩展卡。

另一方面，本实施例中，串行总线可采用自定义差分串行传输，且基于安全认证的自定义协议预置于所述背板服务器以供从各槽位所插接的扩展卡中择一确定为CPCI主控模块并对所确定的CPCI主控模块进行安全认证程序自动加载。

进一步地，本实施例中，各扩展卡的安全认证单元还设置有在CPCI主控模块安全认证失败后输出声光告警的相关器件；与之相对应的，上述背板服务器还用于在CPCI主控模块识别新插入的所述扩展卡无法通过安全认证后，启动对所述扩展卡所对应槽位总线的旁路处理。同理，所述背板服务器也可以在CPCI主控模块识别新插入的所述扩展卡无法通过安全认证后输出相应的声光告警。

综上，本实施例公开的一体化列车控制系统及一体化背板，将分布式以太网总线与串行总线、电源管理总线及主从式CPCI总线融为一体，且一方面，在混插型插槽的作用下，可以便捷变更扩展卡的数量，便于维护管理及系统扩容；另一方面，在背板服务器的作用下，机箱内各扩展卡之间可以通过通信总线的灵活选择及切换确保数据可靠稳定交互、以及动态构建基于应用控制的多主控模式及智能切换CPCI主控模块。极大丰富了系统整体的协同功能、承载能力和灵活性，并提升了系统风险的智能应对性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化列车控制背板，其特征在于，包括：

按相同信号设计的至少两个以上槽位，且连接各槽位的信号线包括电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线；

所述串行总线，用于在任一槽位插入新的扩展卡时，供CPCI主控模块识别新插入的所述扩展卡的ID信息并进行安全认证；

所述CPCI总线，用于在所述扩展卡通过安全认证后，供CPCI主控模块与所述扩展卡进行主从通信；

所述以太网总线，用于构建各槽位所插接扩展卡之间的分布式通信网络；

其中，所述串行总线和所述CPCI总线分别作为所述以太网总线的备份数据通信总线；且所述背板上固设有至少一连接所述电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线并集成各总线调度功能的背板服务器，以用于：监管各槽位所插接扩展卡的热插拔及程序加载，以及在所述扩展卡通过安全认证后，设置并监管各槽位所插接扩展卡之间的通信总线选择及切换、基于应用控制的以太网多主控模式动态构建及CPCI主控模块的智能切换。

2.根据权利要求1所述的一体化列车控制背板，其特征在于，还包括：

所述背板服务器设置有基于AMP方式组合的四个CPU从核，以分别用于电源管理总线、以太网总线、CPCI总线和串行总线之间的独立功能实现，且各所述CPU从核共同连接一用于数据处理处理的CPU主核，所述CPU主核与各所述CPU从核分别与数据库连接，以进行数据同步。

3.根据权利要求1或2所述的一体化列车控制背板，其特征在于，还包括：

所述电源管理总线连接有至少两块电源板，所述背板服务器与各所述电源板分别连接，以根据各槽位所插接扩展卡的类型和数量控制各电源板的工作状态并在各电源板之间实现负载均衡。

4.根据权利要求3所述的一体化列车控制背板，其特征在于，CPCI主控模块的智能切换基于各扩展卡之间的负载均衡机制做出。

5.根据权利要求3所述的一体化列车控制背板，其特征在于，所述背板服务器还用于在CPCI主控模块识别新插入的所述扩展卡无法通过安全认证后输出声光告警。

6.根据权利要求5所述的一体化列车控制背板，其特征在于，所述背板服务器还用于在CPCI主控模块识别新插入的所述扩展卡无法通过安全认证后，启动对所述扩展卡所对应槽位总线的旁路处理。

7.根据权利要求3所述的一体化列车控制背板，其特征在于，还包括：

所述串行总线采用自定义差分串行传输，且基于安全认证的自定义协议预置于所述背板服务器以供从各槽位所插接的扩展卡中择一确定为CPCI主控模块并对所确定的CPCI主控模块进行安全认证程序自动加载。

8.根据权利要求3所述的一体化列车控制背板，其特征在于，还包括：

各所述扩展卡为内设有数据链路层与应用层直连数据通道的自定义协议栈的功能卡，且支持所述自定义协议栈的数据帧基于所述以太网总线在所述背板内进行板间快速数据交换。

9.根据权利要求3所述的一体化列车控制背板，其特征在于，所述扩展卡包括以下的任意一种或任意组合：

制动控制子系统扩展卡、PIS子系统扩展卡、牵引子系统扩展卡、车门子系统扩展卡和IO扩展卡。