CN111934992A - 车载多功能网关模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载多功能网关模块包括：以太网接口电路、通过MVB网络接入的MVB接口电路、用于下载用户应用程序的USB转UART电路、RS485通信接入的RS485接口电路、CAN接口电路、FPGA电路、处理器电路以及电源电路；所述以太网接口电路包括网口变压器电路和物理层PHY电路，负责以太网通信。本发明车载多功能网关模块，解决车载网关设备无法同时进行MVB和以太网通信问题，并可单独作为车载MVB网关或以太网网关设备，背板总线兼容CAN和RS485。本发明所述的网关模块，可增加电路板利用率，减少重复设计成本，提高产品可靠性。

Description

车载多功能网关模块

技术领域

本发明涉及网络控制技术领域，具体而言，尤其涉及车载多功能网关模块。

背景技术

在我国机车、动车、地铁、轻轨等网络控制领域，车辆内设备是通过多功能车辆总线MVB或工业以太网总线进行数据通信，所需要网关设备是MVB网关或以太网网关，这两种网关不能满足MVB和以太网同时通信的工况。本发明描述一种车载多功能网关模块，MVB和以太网可同时通信，实现以太网(ETHERNET)和MVB分别对CAN/RS485的协议转换，可应用于列车的RIOM(Remote Input and Output Module)机箱等设备。

车载多功能网关模块采用STM32 Cotex-M4处理器，实现以太网和CAN+RS485的相互转换，以及MVB和CAN+RS485的相互转换，并可以实现MVB与以太网应用层切换功能。前面板接口为双M12以太网接口、双DB9接口和USB接口，背板支持CAN总线和RS485总线。

发明内容

根据上述提出车载网关设备无法同时进行MVB和以太网通信的技术问题，而提供一种车载多功能网关模块。本发明主要利用一种车载多功能网关模块，采用标准3U电路板卡，其特征在于，包括：

以太网接口电路、通过MVB网络接入的MVB接口电路、用于下载用户应用程序的USB转UART电路、RS485通信接入的RS485接口电路、CAN接口电路、FPGA电路、处理器电路以及电源电路；

所述以太网接口电路包括网口变压器电路和物理层PHY电路，负责以太网通信；

所述MVB接口电路，包括变压器电路和MVB收发器电路，负责MVB通信；USB转UART电路，包括EMC防护电路和USB-UART转接电路；RS485接口电路，包括RS485防护电路和RS485收发器电路；CAN接口电路负责CAN通信接入，包括CAN防护电路和CAN收发器电路；FPGA电路用于与FPGA芯片相关控制信号连接。

进一步地，所述电源电路的额定功率为15瓦。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明车载多功能网关模块，解决车载网关设备无法同时进行MVB和以太网通信问题，并可单独作为车载MVB网关或以太网网关设备，背板总线兼容CAN和RS485。本发明所述的网关模块，可增加电路板利用率，减少重复设计成本，提高产品可靠性。

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为本发明车载多功能网关模块总体框图。

图2为本发明顶层原理图。

图3为本发明以太网接口电路框图。

图4为本发明MVB接口电路框图。

图5为本发明USB转UART电路框图。

图6为本发明RS485接口电路框图。

图7为本发明CAN接口电路框图。

图8为本发明FPGA电路框图。

图9为本发明处理器电路框图。

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1-9所示，本发明提供了一种车载多功能网关模块，采用标准3U电路板卡，包括：以太网接口电路、通过MVB网络接入的MVB接口电路、用于下载用户应用程序的USB转UART电路、RS485通信接入的RS485接口电路、CAN接口电路、FPGA电路、处理器电路以及电源电路。

作为一种优选的实施方式，所述以太网接口电路包括网口变压器电路和物理层PHY电路，负责以太网通信；所述MVB接口电路，包括变压器电路和MVB收发器电路，负责MVB通信；USB转UART电路，包括EMC防护电路和USB-UART转接电路；RS485接口电路，包括RS485防护电路和RS485收发器电路；CAN接口电路负责CAN通信接入，包括CAN防护电路和CAN收发器电路；FPGA电路用于与FPGA芯片相关控制信号连接。

作为优选的实施方式，所述电源电路的额定功率为15瓦。

如图2所示，为本发明顶层原理图，具体的连接关系如下表：1)以太网接口电路相关信号定义见表1。

表1

序号	信号名称	定义
			1	ETH1_TX_P	以太网1发送差分信号+
2	ETH1_TX_N	以太网1发送差分信号-
			3	ETH1_RX_P	以太网1接收差分信号+
4	ETH1_RX_N	以太网1接收差分信号-
			5	PHY1_RST#	PHY芯片复位信号
6	PHY1_CLK_50M	PHY芯片时钟频率50M
			7	ETH1_LED_ACT	以太网通信状态指示灯
8	ETH1_LED_LINK	以太网连接状态指示灯
			9	ETH1_RMII_CRS_DV	载波侦听和接收数据有效
10	ETH1_RMII_MDC	时钟配置
			11	ETH1_RMII_MDIO	IO配置
12	ETH1_RMII_TXEN	传输使能
			13	ETH1_RMII_RXER	接收出错
14	ETH1_RMII_TXD0	发送数据线0
			15	ETH1_RMII_TXD1	发送数据线1
16	ETH1_RMII_RXD0	接收数据线0
			17	ETH1_RMII_RXD1	接收数据线1

注：表1只列出以太网1接口信号，以太网2接口信号与1类似，在此未列出。

以太网1接口电路和以太网2接口电路原理相同，以以太网1接口电路为例说明，见图3。RMII接口与电路板内FPGA连接，M12连接器作为前面板接口，供通信和调试用。

2)MVB接口电路相关信号定义见表2。

表2

序号	信号名称	定义
			1	ICA	A路输入
2	ICB	B路输入
			3	OC	输出
4	SF	使能信号

MVB接口电路原理见图4。ICA、ICB、OC、SF信号与电路板内FPGA连接，DB9连接器作为前面板接口，供MVB通信用。

3)USB转UART电路相关信号定义见表3。

表3

序号	信号名称	定义
			1	USART1_RX	UART1接收
2	USART1_TX	UART1发送

USB转UART电路原理见图5。USART1_RX、USART1_TX信号与处理器连接，USB连接器作为前面板接口，供在线下载程序使用。

4)RS485接口电路相关信号定义见表4。

表4

序号	信号名称	定义
			1	USART3_RX	UART3接收
2	USART3_TX	UART3发送
			3	USART3_RTS	接收/发送使能
4	RS485_N	RS485差分信号-
			5	RS485_P	RS485差分信号+

RS485接口电路原理见图6。USART3_RX、USART3_TX、USART3_RTS信号与处理器连接，RS485_N、RS485_P差分信号连接至背板，与背板总线其他设备通信。

5)CAN接口电路相关信号定义见表5。

表5

序号	信号名称	定义
			1	CAN_TX	数据发送
2	CAN_RX	数据接收
			3	CANH	CAN总线高电平
4	CANL	CAN总线低电平

CAN接口电路原理见图7。CAN_RX、CAN_TX信号与处理器连接，CAN_H、CAN_L信号连接至背板，与背板总线其他设备通信。

6)FPGA电路相关信号定义见表6。表6中只列出与STM32处理器间的信号，其余MVB接口信号、以太网接口信号在此未列出，详见表1和表2。

表6

FPGA电路原理如图8所示。FPGA芯片实现MVB核的链路功能、以太网1和以太网2切换功能，作为MVB控制器、以太网1和2切换控制器使用。FPGA电路用于STM32处理器和MVB接口、以太网接口通信数据交互。

7)处理器电路是多功能网关模块的核心。使用STM32F407芯片作为多功能网关模块处理器。包括与FPGA通信电路(处理器控制信号、处理器MVB信号、处理器以太网RMII信号)、USB转UART电路、RS485电路、CAN电路，以上电路已在表1、表2、表3、表4、表5、表6列出，在此不赘述。

处理器电路原理见图9。处理器电路完成网关模块的主要功能，控制以太网通信、MVB通信、RS485通信、CAN通信，实现不同接口通信协议的转换。

8)电源电路

电源电路采用5V转3.3V和3.3V转1.2V的DC/DC电源芯片，为多功能网关模块供电。

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。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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 (2)

1.一种车载多功能网关模块，采用标准3U电路板卡，其特征在于，包括：

以太网接口电路、通过MVB网络接入的MVB接口电路、用于下载用户应用程序的USB转UART电路、RS485通信接入的RS485接口电路、CAN接口电路、FPGA电路、处理器电路以及电源电路；

所述以太网接口电路包括网口变压器电路和物理层PHY电路，负责以太网通信；

所述MVB接口电路，包括变压器电路和MVB收发器电路，负责MVB通信；USB转UART电路，包括EMC防护电路和USB-UART转接电路；RS485接口电路，包括RS485防护电路和RS485收发器电路；CAN接口电路负责CAN通信接入，包括CAN防护电路和CAN收发器电路；FPGA电路用于与FPGA芯片相关控制信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种车载多功能网关模块，其特征在于：所述电源电路的额定功率为15瓦。

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