CN111901197B - 一种以太网接口模式检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以太网接口模式检测装置，包括：用于实现与车载设备以太网接口连接及与处理器单元完成信息交互的以太网接口组，处理器，LCD显示界面以及供电电源；所述以太网接口模式检测装置，所述处理器以太网接口驱动程序及接口模式检测程序，输出检测指令给车辆以太网接口组，同时通过以太网接口组接收反馈信息后作出判断；并将判断结果传输给LCD显示单元进行结果显示；本发明在整车以太网设备级联之前，可以对各个设备以太网接口模式配置进行检测，检查各设备是否是按照技术要求进行的百兆全双工配置，给技术、调试人员或用户直观的检测结果，以达到以太网接口一致性的目的。

Description

一种以太网接口模式检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及列车网络系统技术领域，具体而言，尤其涉及一种以太网接口模式检测装置及检测方法。

背景技术

列车网络系统属于列车的关键系统，负责整车的数据传输、运行控制及故障诊断。近年来，基于工业以太网总线技术的列车网络系统越来越成熟，工业以太网在技术上与商业以太网兼容，但产品及应用方法却完全不同，例如：铁路标准规定了车载工业以太网设备必须使用M12型紧固连接器，另外工业以太网设备还必须满足标准要求的抗干扰性，实时性等要求。

从总线的传输速度角度，以太网一般分为10Mbps，100Mbps和1000Mbps三种。目前列车网络系统基本使用100Mbps以太网。从总线的工作模式角度，以太网一般分为全双工和半双工两种模式。半双工是指数据可以在一个信号载体的两个方向传输，但是不能同时传输；全双工数据传输是数据可以在两个方向同时传输。

工业以太网设备均可通过修改软件或配置的方式对端口传输速度和双工模式进行选择，包含以下模式：

(1)强制100Mbps全双工模式；

(2)强制100Mbps半双工模式；

(3)强制10Mbps全双工模式；

(4)强制10Mbps半双工模式；

(5)自协商模式；

其中模式1-4使该设备以太网端口强制工作在该模式；模式5是以太网芯片提供的给一条共享链路的两台设备一种交换信息的方法，如果两端设备都配置为自协商模式，则协商结果是配置它们在双方最优能力下，比如两台设备端口硬件都支持100Mbps全双工，那么它们的协商结果是工作在100Mbps全双工模式，如果一个设备端口支持100Mbps全双工，而另一个只支持10Mpbs全双工，则协商结果是双方工作在10Mbps全双工模式。

在实际项目应用中，基于以太网技术特性，可能会出现以下问题：

(1)一端设备配置强制100M全双工，另一端配置100M半双工模式：

因为速率匹配,双方设备仍可通信正常，但由于一端工作在半双工模式，网络带宽实际上减小了一半。

(2)一端设置自协商模式，另一端设置在100M全双工

自协商一端设备会因对方不是自协商模式而协商失败降级为半双工100Mbps模式，因为速率匹配,双方设备仍可通信正常，但由于一端工作在半双工模式，网络带宽实际上减小了一半。

出现上述两种情况，一方面由于可以建立通信，一般难以引起注意，但如果当网络负载加大，具有丢包，通信不稳定的隐患；另一方面，即使设计开发人员了解上述以太网接口特性，也难以确认对方设备的端口到底配置为何种方式，没有现成的工具或装置进行检验。

发明内容

根据上述提出当网络负载加大，具有丢包，通信不稳定的隐患以及难以确认对方设备的端口到底配置为何种方式的技术问题，而提供一种以太网接口模式检测装置与方法。本发明主要利用一种以太网接口模式检测装置，其特征在于，包括：用于实现与车载设备以太网接口连接及与处理器单元完成信息交互的以太网接口组，处理器，LCD显示界面以及供电电源；

所述以太网接口模式检测装置，所述处理器以太网接口驱动程序及接口模式检测程序，输出检测指令给车辆以太网接口组，同时通过以太网接口组接收反馈信息后作出判断；并将判断结果传输给LCD显示单元进行结果显示；

所述电源模块用于检测装置供电；所述以太网接口组包括：多个以太网接口，同时与多个设备进行连接测试，实现待测设备的以太网接口信息交互。

进一步地，所述以太网接口组包括：多个以太网物理接口；所述以太网物理接口为M12-D孔型连接器。

更进一步地，所述协议控制器对以太网数据帧封装、解析、及上层以太网数据协议进行实现；同时，所述协议控制器与外部被测设备的数据连接及与所述处理器之间的数据交互；所述协议控制器为W5300芯片；所述协议控制器按照所述处理器要求进行以太网接口模式配置，并与外部被测设备进行通信连接的建立，如果是自协商配置模式，其反馈给处理器最终的协商结果为何种端口配置模式。

进一步地，所述检测装置的处理器模块的主CPU采用32为ARM处理器，对存储器的访问支持8位，16位和32位，并带有10/100Base-T Ethernet接口，DMA控制器，2个完全独立的USART串行口；所述处理器具有驱动协议控制器的接口驱动程序，提供接口函数，本装置中主要用到两部分功能的接口函数：(1)配置接口函数，实现对协议控制器的接口模式配置；(2)功能接口函数，实现对协议控制器的操作，如通过ping指令，用来验证与外部被测网络的通断；所述处理器与所述协议控制器通过过内部地址总线和数据总线数据总线进行数据交互，即：处理器通过数据总线发送给协议控制器控制指令，协议控制器完成与外部被测设备的数据交互后，通过数据总线反馈给处理器进行处理。

更进一步地，所述处理器发出的数据通过显示控制器进行接收和存储，处理生成一定时序的信号传送给显示器；所述显示器按照所述显示控制器所发送的信号进行屏幕显示。

在此基础上，本发明还包含一种以太网接口模式检测方法，其特征在于：

步骤S1：通电后，处理器完成对协议控制器的硬件初始化操作；

步骤S2：检测装置与连被测设备通过M12以太网接口连接，检测装置所述处理提通过配置接口函数配置所述协议控制器使对应以太网端口配置为10Mbps全双工模式；

步骤S3：由处理器输出ping控制指令：ping是在TCP/IP网络体系结构中的一个应用层服务命令，测试被连接站点设备是否可达及有关状态；检测装置处理器输出ping指令，与被测设备进行通信链路检查，检查测结果分为2个分支①通信链路通或②不通：通代表被测设备的端口速率模式与检测装置相同，即被测设备也设置为了10Mbps速率模式，或者被测设备端口设置的是自协商模式；链路不通则代表被测设备端口模式为100Mbps或其他速率模式；

步骤S4：在结果①基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则被测设备为10M速率，与检测装置速率不匹配，如果通，说明被测设备与10M和100M均能建立连接，则为自协商模式；

在结果②基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则说明被测设备既非10M也非100M，测试失败，在LCD显示测试结果；如果链路通，则确定被测设备为100M速率；

步骤S5：为进一步测试被测设备是否为全双工模式，则处理器发送大负载数据量，至少达到带宽60％，此时，如果被测设备设置为半双工模式，则必然出现严重丢包，ping测试结果将出现丢包和超时信息；否则判断被测设备为全双工模式；

步骤S6：所述处理器与LCD控制器之间通过自定义协议进行结果显示，用8个bit位传输覆盖测试结果，如00000001代表“自协商模式”结果；00000010代表“10M”结果；00000100代表“100M半双工”结果；00001000代表“100M全双工”结果。较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在整车以太网设备级联之前，可以对各个设备以太网接口模式配置进行检测，检查各设备是否是按照技术要求进行的百兆全双工配置，给技术、调试人员或用户直观的检测结果，以达到以太网接口一致性的目的。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明检测装置模块连接示意图。

图2为本发明检测装置硬件原理框图。

图3为本发明检测方法整体流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，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”等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。

如图1-3所示，本发明提供了一种以太网接口模式检测装置，其特征在于，包括：用于实现与车载设备以太网接口连接及与处理器单元完成信息交互的以太网接口组，处理器，LCD显示界面以及供电电源；所述以太网接口模式检测装置，所述处理器以太网接口驱动程序及接口模式检测程序，输出检测指令给车辆以太网接口组，同时通过以太网接口组接收反馈信息后作出判断；并将判断结果传输给LCD显示单元进行结果显示；所述电源模块用于检测装置供电；所述以太网接口组包括：多个以太网接口，同时与多个设备进行连接测试，实现待测设备的以太网接口信息交互。

作为本申请一种优选的实施方式，在本申请中所述以太网接口组包括：多个以太网物理接口；所述以太网物理接口为M12-D孔型连接器。

作为优选的实施方式，在本申请中，所述协议控制器对以太网数据帧封装、解析、及上层以太网数据协议进行实现；同时，所述协议控制器与外部被测设备的数据连接及与所述处理器之间的数据交互；所述协议控制器为W5300芯片；所述协议控制器按照所述处理器要求进行以太网接口模式配置，并与外部被测设备进行通信连接的建立，如果是自协商配置模式，则反馈给处理器最终的协商结果为何种端口配置模式。

作为优选地，所述检测装置的处理器模块的主CPU采用32为ARM处理器，对存储器的访问支持8位，16位和32位，并带有10/100Base-T Ethernet接口，DMA控制器，2个完全独立的USART串行口；所述处理器具有驱动协议控制器的接口驱动程序，提供接口函数，本装置中主要用到两部分功能的接口函数：(1)配置接口函数，实现对协议控制器的接口模式配置；(2)功能接口函数，实现对协议控制器的操作，如通过ping指令，用来验证与外部被测网络的通断；所述处理器与所述协议控制器通过过内部地址总线和数据总线数据总线进行数据交互，即：处理器通过数据总线发送给协议控制器控制指令，协议控制器完成与外部被测设备的数据交互后，通过数据总线反馈给处理器进行处理。

所述处理器发出的数据通过显示控制器进行接收和存储，处理生成一定时序的信号传送给显示器；所述显示器按照所述显示控制器所发送的信号进行屏幕显示。

本发明还包含一种以太网接口模式检测方法，包括以下步骤：

S1：通电后，处理器完成对协议控制器的硬件初始化操作；

S2：检测装置与连被测设备通过M12以太网接口连接，检测装置所述处理提通过配置接口函数配置所述协议控制器使对应以太网端口配置为10Mbps全双工模式。作为优选的，在本申请中处理器可通过配置接口函数配置所述协议控制器，使协议控制器的以太网端口工作在指定模式，例如10M全双工模式.

S3：由处理器输出ping控制指令(Packet Internet Grope)是用于测试网络连接的程序)：ping是在TCP/IP网络体系结构中的一个应用层服务命令，测试被连接站点设备是否可达及有关状态；根据图3测试流程，ping命令就是验证检测装置和被测装置通信链路通不通，只有二者速率相同才能通信，例如检测装置设置了10Mbps,那么如果通过ping测试与被测设备链路通了，则能说明两点：1是被测设备也是10Mbps。2是被测设备端口是自协商模式，因为配置自协商模式的设备可以自动根据对侧设备端口设备速率调整自身的通信速率与对侧设备达到匹配的功能。检测装置处理器输出ping指令，与被测设备进行通信链路检查，检查测结果分为2个分支①通信链路通或②不通：通代表被测设备的端口速率模式与检测装置相同，即被测设备也设置为了10Mbps速率模式，或者被测设备端口设置的是自协商模式(见批注)；链路不通则代表被测设备端口模式为100Mbps或其他速率模式；

S4：在结果①基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则被测设备为10M速率，与检测装置速率不匹配，如果通，即通过ping程序向被测设备发送请求报文，检测与被测设备是否能成功交换数据，根据被测设备的返回数据及返回数据是否超时判断是否为通路。说明被测设备与10M和100M均能建立连接，则为自协商模式。在本申请中，所述的链路是代表检测装置和被测设备能进行通信，检测装置通过ping发送的数据包，被测设备有响应。

在结果②基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则说明被测设备既非10M也非100M，测试失败，在LCD显示测试结果；如果链路通，则确定被测设备为100M速率；

S5：为进一步测试被测设备是否为全双工模式，在此是为了进一步测试。根据测试流程图，在结果2时，已经确定了被测设备为100M速率，但此时只是速率模式确定了，此时需要继续进行测试，以确定被测设备端口是全双工还是半双工。

同时在本申请中，以太网端口2个重要参数1是速率模式，2是全双工或半双工模式。两个设备连接在一起，如果速率不同，肯定不能建立通信。另外如果速率相同，则可以建立通信，但如果一个设备是全双工模式，另一个设备是半双工模式，那么通信可能会丢包，或是出现其他不匹配情况。因此本发明在结果2之前是在测试被测设备端口是否是100M速率(因为当前工程应用都要求速率是100M的)，结果2之后是测试全双工还是半双工。则处理器发送大负载数据量，至少达到带宽60％，此时，如果被测设备设置为半双工模式，则必然出现严重丢包，ping测试结果将出现丢包和超时信息；否则判断被测设备为全双工模式。

步骤S6：所述处理器与LCD控制器之间通过自定义协议进行结果显示，用8个bit位传输覆盖测试结果，如00000001代表“自协商模式”结果；00000010代表“10M”结果；00000100代表“100M半双工”结果；00001000代表“100M全双工”结果。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

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 (6)

1.一种以太网接口模式检测装置，其特征在于，包括：用于实现与车载设备以太网接口连接及与处理器完成信息交互的以太网接口组，处理器，显示器以及供电电源；

所述以太网接口模式检测装置、所述处理器、以太网接口驱动程序及接口模式检测程序输出检测指令给车辆以太网接口组，同时通过以太网接口组接收反馈信息后作出判断；并将判断结果传输给显示器进行结果显示；

所述供电电源用于检测装置供电；所述以太网接口组包括：多个以太网接口，同时与多个设备进行连接测试，实现待测设备的以太网接口信息交互；

所述以太网接口模式检测装置的使用方法为：

S1：通电后，处理器完成对协议控制器的硬件初始化操作；

S2：检测装置与被测设备通过M12以太网接口连接，所述处理器通过配置接口函数配置所述协议控制器使对应以太网端口配置为10M全双工模式；

S3：处理器输出ping控制指令，与被测设备进行通信链路检查，检查测结果分为2个分支①通信链路通或②不通；通代表被测设备的端口模式为10M速率模式，或者被测设备端口设置的是自协商模式；链路不通则代表被测设备端口模式为100M或其他速率模式；

S4：在结果①基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则被测设备端口模式为10M速率模式，如果通，说明被测设备为自协商模式；

在结果②基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则测试失败，在LCD显示测试结果；如果链路通，则确定被测设备为100M速率模式；

S5：为进一步测试被测设备是否为全双工模式，则处理器发送大负载数据量，至少达到带宽60％，此时，如果被测设备设置为半双工模式，则必然出现严重丢包，ping测试结果将出现丢包和超时信息；否则判断被测设备为全双工模式；

S6：所述处理器与显示器之间通过自定义协议进行结果显示，用8个bit位表示测试结果，00000001代表“自协商模式”结果；00000010代表“10M”结果；00000100代表“100M半双工”结果；00001000代表“100M全双工”结果。

2.根据权利要求1所述的一种以太网接口模式检测装置，其特征在于，

所述以太网接口组包括：多个以太网物理接口；所述以太网物理接口为M12-D孔型连接器。

3.根据权利要求1所述的一种以太网接口模式检测装置，其特征在于，

协议控制器对以太网数据帧封装、解析及上层以太网数据协议进行实现；同时，所述协议控制器负责与外部被测设备的数据连接及与所述处理器之间的数据交互；

所述协议控制器为W5300芯片；所述协议控制器按照所述处理器要求进行以太网接口模式配置，并与外部被测设备进行通信连接的建立，如果是自协商配置模式，其反馈给处理器最终的协商结果为何种端口配置模式。

4.根据权利要求1所述的一种以太网接口模式检测装置，其特征在于，

所述检测装置的处理器模块的主CPU采用32位ARM处理器，对存储器的访问支持8位，16位和32位，并带有10/100Base-T Ethernet接口，DMA控制器，2个完全独立的USART串行口；

所述处理器具有驱动协议控制器的接口驱动程序，提供接口函数，本装置中包括两部分功能的接口函数：配置接口函数，实现对协议控制器的接口模式配置；及功能接口函数，实现对协议控制器的操作，通过ping指令，用来验证与外部被测网络的通断；所述处理器与所述协议控制器通过内部地址总线和数据总线进行数据交互，即：处理器通过数据总线发送给协议控制器控制指令，协议控制器完成与外部被测设备的数据交互后，通过数据总线反馈给处理器进行处理。

5.根据权利要求1所述的一种以太网接口模式检测装置，其特征在于，

所述处理器发出的数据通过显示器进行接收和存储，处理生成一定时序的信号传送给显示器；所述显示器按照所述显示器所发送的信号进行屏幕显示。

6.应用权利要求1-5中任意一项所述的检测装置的一种以太网接口模式检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通电后，处理器完成对协议控制器的硬件初始化操作；

S2：检测装置与被测设备通过M12以太网接口连接，所述处理器通过配置接口函数配置所述协议控制器使对应以太网端口配置为10M全双工模式；

S3：处理器输出ping控制指令，与被测设备进行通信链路检查，检查测结果分为2个分支①通信链路通或②不通；通代表被测设备的端口模式为10M速率模式，或者被测设备端口设置的是自协商模式；链路不通则代表被测设备端口模式为100M或其他速率模式；

S4：在结果①基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则被测设备端口模式为10M速率模式，如果通，说明被测设备为自协商模式；

在结果②基础上，处理器继续配置端口模式为100M全双工模式，如果链路不通，则测试失败，在LCD显示测试结果；如果链路通，则确定被测设备为100M速率模式；

S5：为进一步测试被测设备是否为全双工模式，则处理器发送大负载数据量，至少达到带宽60％，此时，如果被测设备设置为半双工模式，则必然出现严重丢包，ping测试结果将出现丢包和超时信息；否则判断被测设备为全双工模式；

S6：所述处理器与显示器之间通过自定义协议进行结果显示，用8个bit位表示测试结果，00000001代表“自协商模式”结果；00000010代表“10M”结果；00000100代表“100M半双工”结果；00001000代表“100M全双工”结果。

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