CN113320567B - 基于mvb的拓扑切换装置及切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MVB的拓扑切换装置及切换方法，拓扑切换装置包括：电源接口、上下对称的两组MVBDB‑9接口组及FPGA控制板，电源接口用于接收外部提供的电源输入，每组MVBDB‑9接口组中的上下对称的MVBDB‑9接口之间进行一一对应地短接，FPGA控制板电性连接于电源接口及MVBDB‑9接口，FPGA控制板根据自定义的配置文件控制MVBDB‑9接口进行连接及/或跳接。通过本发明的线路短接方式与跳接方式相结合，实现MVB线路拓扑调整，而不影响设备启动后通信过程中的线路时序，进而不会对整个MVB通信过程产生影响。

Description

基于MVB的拓扑切换装置及切换方法

技术领域

本发明涉及轨道列车通信技术领域，具体地说，尤其涉及一种用于轨道列车的基于MVB的拓扑切换装置及切换方法。

背景技术

MVB多功能列车总线是当前应用最为广泛的列车通信总线，广泛应用于城轨列车及高铁列车。在MVB设备上车之前，往往需要在地面建设多系统联合调试实验室，将列车核心系统的控制器产品进行联合试验。基于MVB总线的多系统联合调试实验作为MVB产品上线前的关键环节，可以节省大量的调试时间与资源。申请号为CN201910534584.3，名称为“一种MVB拓扑自动转换器”的发明专利，主要用于列车上；利用硬件继电器与手动开关实现跳接；主要用于连挂时替代网关以及同一拓扑下增加设备。

但在实际使用中发现，现有技术中，由于不同列车型号的网络拓扑不同，因此当前进行多系统联合调试实验时，网络线路需要根据列车拓扑重新设计、重新搭建，效率较低、浪费时间、浪费资源。

因此亟需开发一种克服上述缺陷的用于轨道列车的基于MVB的拓扑切换装置及切换方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于MVB的拓扑切换装置及切换方法，应用于轨道交通行业的MVB总线多系统联合调试实验，已解决拓扑间的灵活切换的问题。

本发明提供一种基于MVB的拓扑切换装置，其中，包括：

电源接口，用于接收外部提供的电源输入；

上下对称的两组MVBDB-9接口组，每组MVBDB-9接口组中的上下对称的MVBDB-9接口之间进行一一对应地短接；

FPGA控制板，电性连接于电源接口及MVBDB-9接口，FPGA控制板根据自定义的配置文件控制MVBDB-9接口进行连接及/或跳接。

上述的拓扑切换装置，其中，每组MVBDB-9接口组包括：多个第一MVBDB-9接口及多个第二MVBDB-9接口，第一MVBDB-9接口与第二MVBDB-9接口一一对应且进行短接。

上述的拓扑切换装置，其中，包括至少一终端电阻，电性连接于所述FPGA控制板，FPGA控制板根据所述配置文件控制终端电阻与至少一MVBDB-9接口导通。

本发明还提供一种基于MVB的拓扑切换方法，其中，包括：

拓扑切换装置准备步骤：将二个拓扑切换装置的MVBDB-9接口进行短接；

车厢准备步骤：将多个MVB主设备及多个控制器布置分别布置与多个车厢中；

连接步骤：通过线缆将拓扑切换装置与MVB主设备、控制器进行连接；

切换步骤：拓扑切换装置根据自定义的配置文件控制MVBDB-9接口进行连接及/或跳接。

上述的拓扑切换方法，其中，拓扑切换装置准备步骤包括：将每组MVBDB-9接口组中的多个第一MVBDB-9接口及多个第二MVBDB-9接口进行一一对应的短接。

上述的拓扑切换方法，其中，车厢准备步骤中控制器的数量与车厢的数量相同或不同。

上述的拓扑切换方法，其中，连接步骤中包括：MVB主设备电性连接于第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口，第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的另一部分第一MVBDB-9接口电性连接于第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口，第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的另一部分第一MVBDB-9接口接地，控制器电性连接于第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的至少部分第二MVBDB-9接口及第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的至少部分第一MVBDB-9接口。

上述的拓扑切换方法，其中，切换步骤包括：第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的第二MVBDB-9接口与第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的第一MVBDB-9接口进行连接；及/或；第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的第一MVBDB-9接口之间进行连接。

上述的拓扑切换方法，其中，切换步骤还包括：第二拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的第二MVBDB-9接口之间进行连接。

上述的拓扑切换方法，其中，切换步骤包括：第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第一拓扑切换装置的终端电阻与第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口连接；及/或；第二拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制所述第二拓扑切换装置的终端电阻与第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口连接。

本发明的拓扑切换装置与方法，主要应用于实验室环境，通过拓扑切换装置与方法基于FPGA控制器实现跳接及/或连接，从而实现不同拓扑的灵活切换与调整。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一简单地介绍，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为本发明的拓扑切换装置的接口示意图；

图2为本发明的拓扑切换方法的流程图；

图3为本发明的拓扑切换方法第一实施例的连接示意图；

图4为本发明的拓扑切换方法第二实施例的连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、“S1”、“S2”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

参照图1，图1为本发明的拓扑切换装置的接口示意图。如图1所示，本发明的拓扑切换装置包括：电源接口PWR_DC、两组MVBDB-9接口组及FPGA控制板；电源接口PWR_DC用于接收外部提供的电源输入；上下对称的两组MVBDB-9接口组，每组MVBDB-9接口组中的上下对称的MVBDB-9接口之间进行一一对应地短接；FPGA控制板电性连接于电源接口PWR_DC及MVBDB-9接口，FPGA控制板根据自定义的配置文件控制MVBDB-9接口进行连接及/或跳接。

其中，第一MVBDB-9接口组包括：多个第一MVBDB-9接口1……8-A、1……8-C及多个第二MVBDB-9接口1……8-B、1……8-D，第一MVBDB-9接口1……8-A、1……8-C与第二MVBDB-9接口1……8-B、1……8-D一一对应且进行短接；第二MVBDB-9接口组包括：多个第一MVBDB-9接口1……8-E、1……8-G及多个第二MVBDB-9接口1……8-F、1……8-H，第一MVBDB-9接口1……8-E、1……8-G与第二MVBDB-9接口1……8-F、1……8-H一一对应且进行短接，图1中8列编组产品为例进行介绍，但本发明并不对接口数量进行限定；拓扑切换装置包括至少一终端电阻，电性连接于FPGA控制板，FPGA控制板根据配置文件控制终端电阻与至少一个MVBDB-9接口1……8-A、1……8-B、1……8-C、1……8-D、1……8-E、1……8-F、1……8-G、1……8-H导通。

具体地说，本发明装置主要包含PWR_DC电源口、上下两组对称的MVBDB-9接口及核心的FPGA控制板；本装置由PWR_DC接口接收外部提供的DC24V电源输入；MVBDB-9接口中，1-A与1-B实现物理短接，1-E与1-F实现短接，1-C与1-D实现短接，1-G与1-H实现短接；2-8车所用接口实现同样连接；FPGA控制板作为控制核心，实现功能如下：

(1)根据拓扑结构，接收来自1-B，2-B，3-B，4-B，5-B，6-B，7-B，8-B，1-D，2-D，3-D，4-D，5-D，6-D，7-D，8-D部分或全部的输入电气信号，并进行物理层校验；

(2)关键地，可以由FPGA通过读取配置文件，选择性由软件实现任意B-E，B-G，D-E，D-G以及E-G的双向线路连接；也可以由外部短接线实现上述线路连接；

由以上介绍可知，预敷设好1-8车的A端到系统一的全部线缆，1-8车C端到系统二的全部线缆，预敷设好1-8车的F和H端到目的控制器的全部线缆，根据实际的拓扑结构，由FPGA通过读取自定义配置文件，实现相应线路连接或跳接，进而实现一次建设，多次使用，拓扑灵活调整。

请参照图2，图2为本发明的拓扑切换方法的流程图。如图2所示本发明的一种基于MVB的拓扑切换方法包括：

拓扑切换装置准备步骤S1：将二个拓扑切换装置的MVBDB-9接口进行短接；其中，拓扑切换装置准备步骤S1包括：将每组MVBDB-9接口组中的多个第一MVBDB-9接口及多个第二MVBDB-9接口进行一一对应的短接。

车厢准备步骤S2：将多个MVB主设备及多个控制器布置分别布置与多个车厢中；其中，车厢准备步骤S2中控制器的数量与车厢的数量相同或不同。

连接步骤S3：通过线缆将拓扑切换装置与MVB主设备、控制器进行连接；其中，连接步骤中S3包括：MVB主设备电性连接于第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口，第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的另一部分第一MVBDB-9接口电性连接于第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口，第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的另一部分第一MVBDB-9接口接地，控制器电性连接于第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的至少部分第二MVBDB-9接口及第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的至少部分第一MVBDB-9接口。

切换步骤S4：拓扑切换装置根据自定义的配置文件控制MVBDB-9接口进行连接及/或跳接；其中，切换步骤S3包括：第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的第二MVBDB-9接口与第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的第一MVBDB-9接口进行连接；及/或；第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的第一MVBDB-9接口之间进行连接

进一步地，切换步骤S4中还包括：第二拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的第二MVBDB-9接口之间进行连接；第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第一拓扑切换装置的终端电阻与第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口连接；及/或；第二拓扑切换装置的FPGA控制板根据配置文件控制第二拓扑切换装置的终端电阻与第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口连接。

请参照图3-图4，图3为本发明的拓扑切换方法第一实施例的连接示意图；图4为本发明的拓扑切换方法第二实施例的连接示意图。以下结合图3-图4对本发明的拓扑切换方法进行具体说明。

如图3所示，MVB主设备(具备调度功能的)所在系统为系统一，布置于车厢TCMSTCN1与车厢TCMS TCN8，相互热备冗余；系统二共8个控制器，布置于1车厢到8车厢各个车厢。系统一内部署一台拓扑切换装置1，已敷设好8条线缆，根据当前拓扑结构，选择1车线缆与8车线缆，连接至相应主设备(黑色虚线表示预留有线缆，但并不连接至具体设备)；系统一至系统二之间预敷设好1-8车的F和H端到目的控制器的全部线缆，并连接至相应控制器；预敷设好系统一1-8车C端至系统二1-8车A端之间的全部线缆；

根据拓扑结构，修改系统一内拓扑切换装置1的FPGA内配置文件连接情况为：1B-1E；1G-2E；2G-3E；3G-4E；4G-4D；8B-8G；8E-7G；7E-6G；6E-5G；5E-5D。

修改系统二内拓扑切换装置2的FPGA控制板(虚拟连接)内配置文件连接情况为：4B-4D；5B-5D；并在4C 5C处增加120Ω终端电阻；

根据上述连接，可实现1-4车内主设备-控制器1-控制器2-控制器3-控制器4-终端电阻连接；5-8车内主设备-控制器8-控制器7-控制器6-控制器5-终端电阻连接；与期望拓扑一致。

如图4所示，MVB主设备所在系统为系统一，布置于TCMS TCN1车与TCMS TCN8车，相互热备冗余；系统二共4个控制器，布置于2车、3车、6车、7车。系统一内部署一台拓扑调整设备1，已敷设好8条线缆，根据当前拓扑结构，选择2车线缆与7车线缆，连接至相应主设备(黑色虚线表示预留有线缆，但并不连接至具体设备)；系统一至系统二之间预敷设好1-8车的F和H端到目的控制器的全部线缆，并连接至相应控制器(黑色虚线表示预留有线缆，但并不连接至具体设备)；预敷设好系统一1-8车C端至系统二1-8车A端之间的全部线缆；

根据拓扑结构，修改系统一内拓扑调整设备1的FPGA控制板内配置文件连接情况为：2B-2E；2G-3E；3G-3D；7B-7G；7E-6G；6E-6D。

修改系统二内拓扑调整设备2的FPGA内配置文件连接情况为：3B-3D；6B-6D；并在3C 6C处增加120Ω终端电阻；

根据上述连接，可实现1-4车内主设备-控制器1-控制器2-终端电阻连接；5-8车内主设备-控制器4-控制器3-终端电阻连接；与期望拓扑一致。

由上述两个样例可说明，只需要修改FPGA程序内的配置文件，即可实现两种拓扑的灵活切换。

另外，如果需增加新的系统，只需在现有系统基础上，增加拓扑调整设备即可实现。

其中，需要说明的是，在本发明的其它实施例中，基于本发明的切换装置也可根据配置文件通过外部物理跳线直接进行连接及/或跳接。

综上所述，通过本发明的线路短接方式与跳接方式相结合，实现MVB线路拓扑调整，而不影响设备启动后通信过程中的线路时序，进而不会对整个MVB通信过程产生影响；同时实现不同项目、不同编组情况下，MVB总线多系统、多设备联合调试时，网络拓扑地灵活切换，可实现网络系统线路只需设计一次，就可重复利用，实现不同项目、不同拓扑灵活切换，提升效率、节约时间、节约资源；另外线路跳接可通过FPGA上电读取专用配置文件实现。

尽管参照前述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精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于MVB的拓扑切换装置，其特征在于，包括：

电源接口，用于接收外部提供的电源输入；

上下对称的两组MVBDB-9接口组，每组所述MVBDB-9接口组中的上下对称的MVBDB-9接口之间进行一一对应地短接；

FPGA控制板，电性连接于所述电源接口及所述MVBDB-9接口，所述FPGA控制板根据自定义的配置文件控制所述MVBDB-9接口进行连接及/或跳接。

2.如权利要求1所述的拓扑切换装置，其特征在于，每组所述MVBDB-9接口组包括：多个第一MVBDB-9接口及多个第二MVBDB-9接口，所述第一MVBDB-9接口与所述第二MVBDB-9接口一一对应且进行短接。

3.如权利要求1所述的拓扑切换装置，其特征在于，包括至少一终端电阻，电性连接于所述FPGA控制板，所述FPGA控制板根据所述配置文件控制所述终端电阻与至少一MVBDB-9接口导通。

4.一种基于MVB的拓扑切换方法，其特征在于，包括：

拓扑切换装置准备步骤：将二个拓扑切换装置的MVBDB-9接口进行短接，其中，拓扑切换装置包括上下对称的两组MVBDB-9接口组，将每组所述MVBDB-9接口组中的多个第一MVBDB-9接口及多个第二MVBDB-9接口进行一一对应的短接；

车厢准备步骤：将多个MVB主设备及多个控制器布置分别布置于多个车厢中；

连接步骤：通过线缆将所述拓扑切换装置与所述MVB主设备、所述控制器进行连接；

切换步骤：所述拓扑切换装置根据自定义的配置文件控制所述MVBDB-9接口进行连接及/或跳接。

5.如权利要求4所述的拓扑切换方法，其特征在于，所述车厢准备步骤中所述控制器的数量与车厢的数量相同或不同。

6.如权利要求4所述的拓扑切换方法，其特征在于，所述连接步骤中包括：所述MVB主设备电性连接于第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口，所述第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的另一部分第一MVBDB-9接口电性连接于第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口，所述第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的另一部分第一MVBDB-9接口接地，所述控制器电性连接于所述第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的至少部分第二MVBDB-9接口及所述第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的至少部分第一MVBDB-9接口。

7.如权利要求6所述的拓扑切换方法，其特征在于，所述切换步骤包括：所述第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据所述配置文件控制所述第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的第二MVBDB-9接口与所述第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的第一MVBDB-9接口进行连接；及/或所述第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据所述配置文件控制所述第一拓扑切换装置的第二MVBDB-9接口组的第一MVBDB-9接口之间进行连接。

8.如权利要求7所述的拓扑切换方法，其特征在于，所述切换步骤还包括：所述第二拓扑切换装置的FPGA控制板根据所述配置文件控制所述第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的第二MVBDB-9接口之间进行连接。

9.如权利要求8所述的拓扑切换方法，其特征在于，所述切换步骤包括：所述第一拓扑切换装置的FPGA控制板根据所述配置文件控制所述第一拓扑切换装置的终端电阻与所述第一拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口连接；及/或；所述第二拓扑切换装置的FPGA控制板根据所述配置文件控制所述第二拓扑切换装置的终端电阻与所述第二拓扑切换装置的第一MVBDB-9接口组的部分第一MVBDB-9接口连接。

Images