CN112822079A - 一种列车通信网络及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种列车通信网络的通信方法，列车通信网络包括多功能列车总线通信设备，多功能列车总线通信设备包括通信设备和通信电缆，通信设备包括MVB控制器、接口适配模块和以太网物理层电路，通信电缆包括以太网电缆，MVB控制器与接口适配模块通过MVB串行数据接口传输数据，接口适配模块与以太网物理层电路通过GMII并行数据接口传输数据，接口适配模块包括串并转换子模块、FIFO子模块、MAC客户数据段提取子模块、帧头生成与填充子模块、CRC校验字段生成子模块和以太网帧CRC校验子模块，通信方法将MVB控制器发送的MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据，并将以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据。

Description

一种列车通信网络及通信方法
技术领域
本发明涉及通信网络技术领域，尤其涉及列车通信网络的数据通信方法。
背景技术
目前，多功能列车通信总线是将位于同一车辆，或固定重联的不同车辆中的标准设备连接到列车通信网络上的车辆总线，参见图1，现有的多功能列车通信总线采用MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能列车通信总线)控制器和MVB物理层电路，两者之间通信采用的串行数据格式如图2所示，与MVB物理层进一步连接的传输介质通常为RS485等屏蔽双绞线电缆，屏蔽电缆最大长度为200m，通信速率较慢，工作速率不足1.5Mb/s，较难满足现代化列车通信的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种提出基于IEEE802.3标准的以太网物理层和MVB数据链路层的列车通信网络及通信方法，能够大幅提升通信速率。
为了解决以上问题，根据本发明的第一个方面，提供了一种列车通信网络的通信方法，所述列车通信网络包括多功能列车总线通信设备，所述多功能列车总线通信设备包括通信设备和通信电缆，所述通信设备包括MVB控制器、接口适配模块和以太网物理层电路，所述通信电缆包括以太网电缆，所述MVB控制器与所述接口适配模块通过MVB串行数据接口传输数据，所述接口适配模块与所述以太网物理层电路通过GMII并行数据接口传输数据，所述接口适配模块包括串并转换子模块、FIFO子模块、MAC客户数据段提取子模块、帧头生成与填充子模块、CRC校验字段生成子模块和以太网帧CRC校验子模块，所述通信方法将所述MVB控制器发送的MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据，并将所述以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据。
优选的，所述MVB控制器与所述接口适配模块所传输的数据包括TX_DATA信号、TX_CLK信号、TX_DATA_EN信号、RX_DATA信号、RX_CLK信号和RX_DATA_EN信号，所述接口适配模块与所述以太网物理层电路所传输的数据包括TX_ER信号、TX_EN信号、GTX_CLK信号、TXD信号、RX_ER信号、RX_DV信号、RX_CLK信号、RXD信号、CRS信号和COL信号。
优选的，所述TX_DATA_EN信号为高电平信号时，所述TX_DATA信号为有效信号。
优选的，所述RX_DATA_EN信号为高电平信号时，所述RX_DATA信号为有效信号。
优选的，所述接口适配模块将所述MVB控制器发送的MVB串行数据对齐进行串并转换，并填入MAC客户数据段，生成以太网GMII并行数据后发送至所述以太网物理层电路，所述接口适配模块将所述以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据中的MAC客户数据段取出后进行并串转换，生成MVB串行数据发送至所述MVB控制器。
优选的，所述通信方法将所述MVB控制器发送的MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据时，所述接口适配模块执行如下步骤：
S11：所述串并转换子模块将所述MVB控制器发送的MVB串行数据转换为MVB并行数据存入所述FIFO子模块；
S12：所述帧头生成与填充子模块生成一个标准以太网数据帧；
S13：所述帧头生成与填充子模块读取所述FIFO子模块中的MVB并行数据帧并填入所述标准以太网数据帧的MAC客户数据段；
S14：所述帧头生成与填充子模块将所述标准以太网数据帧发送至所述CRC校验字段生成子模块；
S15：所述CRC校验字段生成子模块生成CRC校验码并将所述CRC校验码添加在所述标准以太网数据帧后，生成以太网GMII并行数据；
S16：所述CRC校验字段生成子模块将所述以太网GMII并行数据发送至所述以太网物理层电路。
优选的，所述通信方法将所述以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据时，所述接口适配模块执行如下步骤：
S21：所述以太网帧校验子模块对所述以太网GMII并行数据进行校验，若校验正确则进入步骤S22，若校验不正确则丢弃所述以太网GMII并行数据并终止该次转换；
S22：所述以太网帧校验子模块将所述以太网GMII并行数据发送至所述MAC客户数据段提取子模块；
S23：所述MAC客户数据段提取子模块提取所述以太网GMII并行数据中的MVB数据并存入所述FIFO子模块；
S24：所述FIFO子模块将所述MVB数据发送至串并转换子模块；
S25：所述串并转换子模块将所述MVB数据转换为所述MVB串行数据帧；
S26：所述串并转换子模块将所述MVB串行数据帧发送至所述MVB控制器。
优选的，所述以太网物理层电路包括以太网PHY芯片。
根据本发明的第二个方面，提供了一种列车通信网络，包括多功能列车总线通信设备，所述多功能列车总线通信设备包括通信设备和通信电缆，所述通信设备包括MVB控制器、接口适配模块和以太网物理层电路，所述通信电缆包括以太网电缆，所述接口适配模块包括串并转换子模块、FIFO子模块、MAC客户数据段提取子模块、帧头生成与填充子模块、CRC校验字段生成子模块和以太网帧CRC校验子模块，采用上述通信方法进行通信。
与现有技术相比，本发明在现有的MVB通信网络基础上，引入了以太网物理层电路和以太网电缆，有效提高了通信传输速度，且通过采用商用以太网PHY芯片，实现了列车通信网络的产品可靠性和产品集成度。
附图说明
本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。
图1是现有技术中的一种列车通信网络示意图；
图2是现有技术中的一种列车通信网络串行数据格式示意图；
图3是根据本发明一实施例的一种列车通信网络示意图；
图4是根据本发明一实施例的一种列车通信网络的通信方法示意图；
图5是根据本发明一实施例的一种列车通信网络数据传输示意图；
图6是根据本发明一实施例的一种列车通信网络并行数据格式示意图；
图7是根据本发明一实施例的一种MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据的流程示意图；以及
图8是根据本发明一实施例的一种以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据的流程示意图。
具体实施方式
以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
参见图3，作为本发明的第一个方面，提供了一种列车通信网络的通信方法，列车通信网络包括多功能列车总线通信设备，多功能列车总线通信设备包括通信设备和通信电缆，通信设备包括MVB控制器、接口适配模块和以太网物理层电路，通信电缆包括以太网电缆，MVB控制器与接口适配模块通过MVB串行数据接口传输数据，接口适配模块与以太网物理层电路通过GMII(Gigabit Medium Independent Interface，千兆媒体独立结构)并行数据接口传输数据，如图4所示，接口适配模块包括串并转换子模块、FIFO(First InputFirst Output，先进先出队列)子模块、MAC客户数据段提取子模块、帧头生成与填充子模块、CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验字段生成子模块和以太网帧CRC校验子模块，通信方法将MVB控制器发送的MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据，并将以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据，其中，串并转换子模块可以为单独的一个子模块，也可以为串行转并行子模块与并行转串行子模块所组成的模块组。
进一步的，参见图5，MVB控制器与接口适配模块所传输的数据包括TX_DATA信号、TX_CLK信号、TX_DATA_EN信号、RX_DATA信号、RX_CLK信号和RX_DATA_EN信号，其中TX_DATA信号和TX_CLK信号为MVB发送串行数据信号及其时钟信号，TX_DATA_EN信号为发送数据使能信号，RX_DATA信号和RX_CLK信号为MVB接收串行数据信号及其时钟信号，RX_DATA_EN信号为接收数据使能信号。接口适配模块与以太网物理层电路所传输的数据包括TX_ER信号、TX_EN信号、GTX_CLK信号、TXD信号、RX_ER信号、RX_DV信号、RX_CLK信号、RXD信号、CRS信号和COL信号，其中TXD信号与RXD信号为并行8bit数据信号，TX_EN信号与RX_DV信号分别是发送和接收数据有效信号，GTX_CLK信号与RX_CLK信号分别是发送和接收时钟，该GMII并行数据接口为标准GMII接口，因此上述各信号定义符合IEEE802.3标准，TXD信号与RXD信号的并行数据格式符合如图6所示的IEEE802.3以太网帧格式，并且，由于MVB是时分复用的通信系统，各设备分时占用物理层进行通信，因此以太网物理层采用半双工通信，不需要考虑线路冲突，因此以太网物理层的CRS和COL信号不需要处理。
进一步的，当TX_DATA_EN信号为高电平信号时，TX_DATA信号为有效信号。
进一步的，当RX_DATA_EN信号为高电平信号时，RX_DATA信号为有效信号。
进一步的，接口适配模块将MVB控制器发送的MVB串行数据对齐进行串并转换，并填入MAC客户数据段，生成以太网GMII并行数据后发送至以太网物理层电路，优选的，接口适配模块可将MVB串行数据按照8位并行数据对齐进行串并转换，并且，若填入MVB客户数据段后的以太网帧长度不足64字节，则用0x00填充以太网帧的填充段以达到64字节长度。接口适配模块将以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据中的MAC客户数据段取出后进行并串转换，生成MVB串行数据后发送至MVB控制器。
进一步的，参见图7，通信方法将MVB控制器发送的MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据时，接口适配模块执行如下步骤：
S11：串并转换子模块将MVB控制器发送的MVB串行数据转换为MVB并行数据存入FIFO子模块，优选的，可以转换为8位MVB并行数据；
S12：帧头生成与填充子模块生成一个标准以太网数据帧，优选的，帧头生成与填充子模块在该标准以太网数据帧的目的和源地址字段均填入0xff-ff-ff-ff-ff-ff，长度/类型字段填入0x0800；
S13：帧头生成与填充子模块读取FIFO子模块中的MVB并行数据帧并填入标准以太网数据帧的MAC客户数据段，优选的，帧头生成与填充子模块在MAC客户数据段后填充0x00使得该标准以太网数据帧长度为60字节；
S14：帧头生成与填充子模块将该标准以太网数据帧发送至CRC校验字段生成子模块；
S15：CRC校验字段生成子模块生成CRC校验码并将CRC校验码添加在该标准以太网数据帧后，生成以太网GMII并行数据，优选的，所生成的CRC校验码长度为4字节，该标准以太网数据帧在添加CRC校验码后的长度为64字节；
S16：CRC校验字段生成子模块将以太网GMII并行数据发送至以太网物理层电路。
进一步的，参见图8，通信方法将以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据时，接口适配模块执行如下步骤：
S21：以太网帧校验子模块对以太网GMII并行数据进行校验，若校验正确则进入步骤S22，若校验不正确则丢弃该以太网GMII并行数据并终止该次转换，还可进一步通知其他诊断与监控功能单元；
S22：以太网帧校验子模块将以太网GMII并行数据发送至MAC客户数据段提取子模块；
S23：MAC客户数据段提取子模块提取以太网GMII并行数据中的MVB数据并存入FIFO子模块，优选的，所提取的MVB数据可按8位对齐格式存入FIFO子模块；
S24：FIFO子模块将MVB数据发送至串并转换子模块；
S25：串并转换子模块将MVB数据转换为MVB串行数据帧；
S26：串并转换子模块将MVB串行数据帧发送至MVB控制器。
进一步的，以太网物理层电路包括以太网PHY芯片。
本发明在第二方面，提供了一种列车通信网络，包括多功能列车总线通信设备，多功能列车总线通信设备包括通信设备和通信电缆，通信设备包括MVB控制器、接口适配模块和以太网物理层电路，通信电缆包括以太网电缆，接口适配模块包括串并转换子模块、FIFO子模块、MAC客户数据段提取子模块、帧头生成与填充子模块、CRC校验字段生成子模块和以太网帧CRC校验子模块，采用上述通信方法进行通信。
这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换，例如不同规格的元器件的替换，或其它通信标准中的物理层技术的替换，也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种列车通信网络的通信方法，所述列车通信网络包括多功能列车总线通信设备，所述多功能列车总线通信设备包括通信设备和通信电缆，所述通信设备包括MVB控制器、接口适配模块和以太网物理层电路，所述通信电缆包括以太网电缆，所述MVB控制器与所述接口适配模块通过MVB串行数据接口传输数据，所述接口适配模块与所述以太网物理层电路通过GMII并行数据接口传输数据，所述接口适配模块包括串并转换子模块、FIFO子模块、MAC客户数据段提取子模块、帧头生成与填充子模块、CRC校验字段生成子模块和以太网帧CRC校验子模块，所述通信方法将所述MVB控制器发送的MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据，并将所述以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据。
2.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述MVB控制器与所述接口适配模块所传输的数据包括TX_DATA信号、TX_CLK信号、TX_DATA_EN信号、RX_DATA信号、RX_CLK信号和RX_DATA_EN信号，所述接口适配模块与所述以太网物理层电路所传输的数据包括TX_ER信号、TX_EN信号、GTX_CLK信号、TXD信号、RX_ER信号、RX_DV信号、RX_CLK信号、RXD信号、CRS信号和COL信号。
3.如权利要求2所述的通信方法，其特征在于，所述TX_DATA_EN信号为高电平信号时，所述TX_DATA信号为有效信号。
4.如权利要求2所述的通信方法，其特征在于，所述RX_DATA_EN信号为高电平信号时，所述RX_DATA信号为有效信号。
5.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述接口适配模块将所述MVB控制器发送的MVB串行数据对齐进行串并转换，并填入MAC客户数据段，生成以太网GMII并行数据后发送至所述以太网物理层电路，所述接口适配模块将所述以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据中的MAC客户数据段取出后进行并串转换，生成MVB串行数据后发送至所述MVB控制器。
6.如权利要求5所述的通信方法，其特征在于，所述通信方法将所述MVB控制器发送的MVB串行数据转换为以太网GMII并行数据时，所述接口适配模块执行如下步骤：
S11：所述串并转换子模块将所述MVB控制器发送的MVB串行数据转换为MVB并行数据存入所述FIFO子模块；
S12：所述帧头生成与填充子模块生成一个标准以太网数据帧；
S13：所述帧头生成与填充子模块读取所述FIFO子模块中的MVB并行数据帧并填入所述标准以太网数据帧的MAC客户数据段；
S14：所述帧头生成与填充子模块将所述标准以太网数据帧发送至所述CRC校验字段生成子模块；
S15：所述CRC校验字段生成子模块生成CRC校验码并将所述CRC校验码添加在所述标准以太网数据帧后，生成以太网GMII并行数据；
S16：所述CRC校验字段生成子模块将所述以太网GMII并行数据发送至所述以太网物理层电路。
7.如权利要求5所述的通信方法，其特征在于，所述通信方法将所述以太网物理层电路发送的以太网GMII并行数据转换为MVB串行数据时，所述接口适配模块执行如下步骤：
S21：所述以太网帧校验子模块对所述以太网GMII并行数据进行校验，若校验正确则进入步骤S22，若校验不正确则丢弃所述以太网GMII并行数据并终止该次转换；
S22：所述以太网帧校验子模块将所述以太网GMII并行数据发送至所述MAC客户数据段提取子模块；
S23：所述MAC客户数据段提取子模块提取所述以太网GMII并行数据中的MVB数据并存入所述FIFO子模块；
S24：所述FIFO子模块将所述MVB数据发送至串并转换子模块；
S25：所述串并转换子模块将所述MVB数据转换为所述MVB串行数据帧；
S26：所述串并转换子模块将所述MVB串行数据帧发送至所述MVB控制器。
8.如权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述以太网物理层电路包括以太网PHY芯片。
9.一种列车通信网络，包括多功能列车总线通信设备，所述多功能列车总线通信设备包括通信设备和通信电缆，所述通信设备包括MVB控制器、接口适配模块和以太网物理层电路，所述通信电缆包括以太网电缆，所述接口适配模块包括串并转换子模块、FIFO子模块、MAC客户数据段提取子模块、帧头生成与填充子模块、CRC校验字段生成子模块和以太网帧CRC校验子模块，所述列车通信网络采用如权利要求1到8中任意一项所述的通信方法进行通信。
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