CN114629741A - 车辆总线通信网络的数据交换方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆总线通信网络的数据交换方法、装置及系统，所述车辆总线通信网络包括多个子网络，所述多个子网络在物理上相互隔离，所述方法包括：接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元，本发明可提高总线通信网络的总体承载能力。

Description

车辆总线通信网络的数据交换方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及铁道车辆通信技术领域，尤其涉及一种车辆总线通信网络的数据交换方法、装置及系统。

背景技术

在轨道车辆的通信网络系统中，车辆级总线多采用多功能车辆总线MVB来连接同一车辆或者同一编组中的总线设备。按照标准的规定，MVB总线的通信速率为1.5Mbps。在具体工程实践中，MVB总线网络拓扑通常为总线型，所有的数据报文在总线管理器调度下按周期在总线上发送，在这种情况下，数据发送采用广播形式，所有接入总线的MVB节点设备都可以收到总线的数据。采用这种通信方式，实现了有效的主从调度功能，保证了数据的实时性，可以保证控制功能的需求。但在这种情况下，由于总线数据采用广播形式，所有网络设备的数据全部发送到同一总线上，但接收者可能只是其中的个别设备，因此造成了总线资源的浪费，占用了有限的通信带宽，限制了总线通信网络的总体承载能力。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种车辆总线通信网络的数据交换方法，可提高总线通信网络的总体承载能力。本发明的另一个目的在于提供一种车辆总线通信网络的数据交换装置。本发明的再一个目的在于提供一种车辆总线通信网络的数据传输系统。本发明的再一个目的在于提供一种计算机设备。本发明的还一个目的在于提供一种可读介质。

为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种车辆总线通信网络的数据交换方法，所述车辆总线通信网络包括多个子网络，所述多个子网络在物理上相互隔离，包括：

接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；

根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；

将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元。

优选的，每个所述子网络包括多个网络设备，所述方法进一步包括：

针对每个子网络，根据预设的主帧调度信息形成轮询主帧数据；

根据预设的端口配置信息将所述轮询主帧数据发送至多个网络设备对应的宿端口；

获取各网络设备对应的源端口发送的与所述轮询主帧数据对应的从帧数据。

优选的，所述获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元具体包括：

接收各子网络传输的总线数据；

将所述总线数据传输至所述中央控制单元以使所述中央控制单元根据所述总线数据返回对应的总线数据。

优选的，进一步包括在接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据，之前：

解析本地预设配置文件得到所述转发配置信息、所述端口配置信息和所述主帧调度信息；

将各子网络的所述主帧调度信息和所述端口配置信息写入各子网络。

优选的，所述将所述总线数据传输至所述目标子网络具体包括：

将各子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口。

优选的，所述将各子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口具体包括：

将各子网络源端口输出的所述总线数据存储至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口；或者，

将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口。

优选的，进一步包括预先根据车辆总线通信网络中所有网络设备的总线数据传输关系对所有网络设备进行划分得到多个子网络。

本发明还公开了一种车辆总线通信网络的数据交换装置，所述车辆总线通信网络包括多个子网络，所述多个子网络在物理上相互隔离，所述数据交换装置包括数据转发模块，用于接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元。

优选的，每个所述子网络包括多个网络设备，所述装置进一步包括与每个子网络对应设置的控制器，所述控制器用于根据预设的主帧调度信息形成轮询主帧数据；根据预设的端口配置信息将所述轮询主帧数据发送至多个网络设备对应的宿端口；获取各网络设备对应的源端口发送的与所述轮询主帧数据对应的从帧数据。

优选的，所述数据转发模块具体用于通过寻址模块接收各子网络传输的总线数据；将所述总线数据传输至所述中央控制单元以使所述中央控制单元根据所述总线数据返回对应的总线数据。

优选的，所述数据转发模块具体用于将子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口。

优选的，所述数据交换装置具体用于通过寻址模块将各子网络源端口输出的所述总线数据存储至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口；或者，将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口。

本发明还公开了一种车辆总线通信网络系统，包括多个子网络和数据交换装置，所述多个子网络在物理上相互隔离；

所述数据交换装置用于接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元。

本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，

所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法。

本发明还公开了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，

该程序被处理器执行时实现如上所述方法。

本发明车辆总线通信网络包括多个子网络，所述多个子网络在物理上相互隔离，车辆总线通信网络的数据交换方法接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元。从而，本发明将车辆总线通信网络中的所有网络设备划分至多个子网络中，然后根据接收的子网络或外部中央控制单元传输的总线数据及预设的转发配置信息确定该总线数据对应的目标子网络，从而可仅将总线数据转发至需要接收总线数据的目标子网络即可。进一步的，可采集车辆总线通信网络中各子网络输出的总线数据并传输至中央控制单元。从而，本发明可实现子网络与外部中央控制单元以及子网络与子网络之间的总线数据传输，可实现总线数据在预先通过转发配置信息订阅的子网络之间的转发，即根据不同子网络的数据交互需求，选择性的对总线数据进行转发，不同子网络的网络设备交互的总线数据仅与当前子网络有关，无需占用过多的通信资源。相较于现有广播形式的总线数据传输方式，本发明可以有效提高总线通信网络的总体承载能力。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络系统的结构示意图；

图2示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法的流程图；

图3示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法S400的流程图；

图4示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法中端口配置的示意图；

图5示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法S300的流程图；

图6示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法中与中央控制单元进行数据交互的示意图；

图7示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法S000的流程图；

图8示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法中数据交换装置的初始化配置的示意图；

图9示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法中各子网络的总线数据发送至目标子网络的示意图；

图10示出本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法中通信存储区的总线数据发送至各子网络的示意图；

图11示出适于用来实现本发明实施例的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

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。

现有技术中，在目前的工程应用中，多功能车辆总线(MVB)存在以下不足之处：(1)MVB总线网络拓扑通常为总线型，所有的数据报文在总线管理器调度下按周期在总线上发送，在这种情况下，数据发送采用广播形式，所有接入总线的MVB节点设备都可以收到总线的数据。采用这种通信方式，实现了有效的主从调度功能，保证了数据的实时性，可以保证控制功能的需求。但在这种情况下，由于总线数据采用广播形式，所有网络设备的数据全部发送到同一总线上，但接收者可能只是其中的个别设备，因此造成了总线资源的浪费，占用了有限的通信带宽。(2)车辆总线上传输的数据量日益增加，既有的MVB总线往往达到了负载的上限，无法有效满足通信的需求，但MVB总线的通信速率是按照标准规定，无法进一步提高。(3)现有的MVB总线，由于线缆布线为总线式连接，即总线上的通信节点全部连接到一条共用的通信线路上，线路某位故障或者个别通信节点故障时，可能影响整个通信线路的完整性，从而波及整个总线上的数据通信。(4)MVB总线存在电气短距离、电气中距离等不同的通信介质，不同的通信介质不能直接相连。

本发明车辆总线通信网络将所有网络设备划分成多个子网络，通过控制总线数据的转发实现外部中央控制单元和各子网络以及不同子网络之间的总线数据交互，不同子网络的网络设备交互的总线数据仅与当前子网络有关，无需占用过多的通信资源，提高MVB总线网络数据承载能力，提高传输的数据量。并且，本发明将MVB总线的网络设备划分至多个独立的子网络，每个子网络均具有单独的通信线路，各个子网络的通信线路在物理上互不影响，从而一个子网络出现故障不会影响其他子网络的通信线路的正常运行，降低了因线路故障或单节点故障影响整网通信的概率。此外，采用本发明，可以将通信线路的通道设置为不同的通信介质的接口，并在转发总线数据的数据交换装置上设置不同的通信介质的接口，不同的通信介质的网络设备通过连接到不同通信介质的转发接口实现总线数据的交互。

图1是本发明实施例提供的车辆总线通信网络系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的车辆总线通信网络系统包括数据交换装置2和多个子网络，所述数据交换装置2包括数据转发模块21和分别为每个子网络设置的多个控制器24，并且，子网络与控制器24一一对应。其中，每个子网络中包括多个网络设备3，每个子网络均具有单独的数据通信线路，不同子网络的通信线路在物理上互不影响。

其中，数据交换装置2中的数据转发模块21可接收所述子网络或外部中央控制单元1传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元1。

下面以数据交换装置2作为执行主体为例，说明本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法的实现过程。可以理解的是，本发明实施例提供的车辆总线通信网络的数据交换方法的执行主体包括但不限于该数据交换装置2。

根据本发明的一个方面，本实施例公开了一种车辆总线通信网络的数据交换方法。所述车辆总线通信网络包括多个子网络。如图2所示，本实施例中，所述方法包括：

S100：接收所述子网络或外部中央控制单元1传输的总线数据。

S200：根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络。

S300：将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元1。

本发明将车辆总线通信网络中的所有网络设备3划分至多个子网络中，然后根据接收的子网络或外部中央控制单元1传输的总线数据及预设的转发配置信息确定该总线数据对应的目标子网络，从而可仅将总线数据转发至需要接收总线数据的目标子网络即可。进一步的，可采集车辆总线通信网络中各子网络输出的总线数据并传输至中央控制单元1。从而，本发明可实现子网络与外部中央控制单元1以及子网络与子网络之间的总线数据传输，可实现总线数据在预先通过转发配置信息订阅的子网络之间的转发，即根据不同子网络的数据交互需求，选择性的对总线数据进行转发，不同子网络的网络设备3交互的总线数据仅与当前子网络有关，无需占用过多的通信资源。相较于现有广播形式的总线数据传输方式，本发明可以有效提高总线通信网络的总体承载能力。

在优选的实施方式中，所述方法进一步包括预先根据车辆总线通信网络中所有网络设备3的总线数据传输关系对所有网络设备3进行划分得到多个子网络的步骤。

具体的，可根据车辆总线通信网络中的所有网络设备3的总线数据的交互需求将所有网络设备3划分至多个子网络，则每个子网络中包括多个网络设备3，每个子网络均具有单独的数据通信线路，不同子网络的通信线路在物理上互不影响，从而可根据不同子网络的数据交互需求，选择性的对子网络输出的总线数据进行转发，不同子网络的网络设备3交互的总线数据仅与当前子网络有关，无需占用过多的通信资源。相较于现有广播形式的总线数据传输方式，本发明可以有效提高总线通信网络的总体承载能力。

在优选的实施方式中，如图3所示，所述方法进一步包括S400：

S410：针对每个子网络，根据预设的主帧调度信息形成轮询主帧数据。

S420：根据预设的端口配置信息将所述轮询主帧数据发送至多个网络设备3对应的宿端口。

S430：获取各网络设备3对应的源端口发送的与所述轮询主帧数据对应的从帧数据。

可以理解的是，每个所述子网络包括多个网络设备3，可为每个子网络设置控制器24，该控制器24可用于控制子网络内部的数据传输过程，实现子网络内的总线调度。在一个具体例子中，主帧调度信息为主帧调度表，端口配置信息为端口配置表。在正常运行过程中，控制器24根据主帧调度表，启动总线管理功能，按主帧调度表发送轮询主帧数据。控制器24根据端口配置表，通过数据交换装置2的源端口向子网络的宿端口发送主帧数据以将该主帧数据传输给网络设备3，通过数据交换装置2的宿端口收取子网络中各网络设备3发送的数据。此过程可为周期性循环操作。

具体的，如图4所示，可预先将主帧调度信息和端口配置信息设置在各子网络中，从而各子网络对应的控制器24可根据总线各子网络中网络设备3的数据交互的要求，接收子网络源端口发送的总线数据，并填入到订阅该源端口的总线数据的其他子网络。具体的，该总线数据可通过数据交换装置2的源端口发送至其他子网络的宿端口，以将订阅的子网络的总线数据传输至对应的其他子网络的网络设备3。每个子网络配置网络总线管理器，实现子网络内总线调度。

在优选的实施方式中，如图5所示，所述S300获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元1具体包括：

S311：接收各子网络传输的总线数据。

S312：将所述总线数据传输至所述中央控制单元1以使所述中央控制单元1根据所述总线数据返回对应的总线数据。

具体的，在车辆总线通信网络的正常运行过程中，各网络设备3需要与外部的中央控制单元1进行数据交互，如图6所示。在该优选的实施方式中，通过数据交换装置2可将各个子网络输出的总线数据传输至中央控制单元1，实现网络设备3与中央控制单元1的数据交互。在一个具体例子中，数据交换装置2的数据转发模块21通过高速以太网接口与中央控制单元1连接，与外部中央控制单元1交互需要与MVB总线通信的数据。

一般的，数据转发模块21对外交互的对象为中央控制单元1，中央控制单元1配置的端口数量较多，通过总线数据数据交换装置2上设置的对外通讯接口，可实现中央控制单元1数据与各个子网络数据的交互。数据交换装置2可获取各子网络的总线数据，发送至中央控制单元1，并可接收中央控制单元1传输的总线数据，可根据各子网络的端口配置信息将中央控制单元1的总线数据传输至对应子网络的宿端口，进而通过各子网络传输至对应的网络设备3。

在可选的实施方式中，可在数据交换装置2上设置与外部终端通信连接的服务端口23，在软件更新阶段，数据交换装置2通过该服务端口23与外部终端连接，从外部终端获取更新的应用程序和配置文件等更新数据，并可将更新数据传输至对应的网络设备3，实现数据交换装置2和网络设备3上的应用程序的更新。

在优选的实施方式中，如图7所示，进一步包括在接收所述子网络或外部中央控制单元1传输的总线数据，之前的S000：

S010：解析本地预设配置文件得到所述转发配置信息、所述端口配置信息和所述主帧调度信息。

S020：将各子网络的所述主帧调度信息和所述端口配置信息写入各子网络。

具体的，在车辆总线通信网络正常运行之前，可预先对数据交换装置2的数据转发模块21和各子网络的控制器24进行配置，实现数据交换装置2的初始化配置。如图8所示，车辆总线通信网络系统进一步的可包括中央管理单元4，该中央管理单元4可根据各子网络总线数据相互转发的要求得到转发配置信息，与各子网络的端口配置信息和主帧调度信息一同形成配置文件，然后将配置文件发送至数据交换装置2。

数据交换装置2可对发送至本地的配置文件进行解析得到转发配置信息、端口配置信息和主帧调度信息。数据交换装置2可根据转发配置信息的要求，将各个子网络需要的端口配置信息及主帧调度信息写入到子网络。在一个具体例子中，可为各子网络设置通信存储区25，数据转发模块21可将转发的总线数据、端口配置信息和主帧调度信息写入子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25，供子网络的控制器24读取，并根据主帧调度信息进行子网络的总线调度，根据端口配置信息确定子网络的各个端口，包括源端口和宿端口。其中，源端口用于发送数据，宿端口用于接收数据。

需要说明的是，本实施例中，如图1所示，数据交换装置2中针对每个子网络分别设置一个通信存储区25，即数据交换装置2中设置的通信存储区25与子网络一一对应，用于分别存储对应的子网络的信息或数据。当然，在实际应用中，本领域技术人员也可根据实际需求设置数据交换装置2中的通信存储区25，本发明对此并不作限定。

在可选的实施方式中，中央管理单元4可由CPU处理芯片实现，按各子网络相互转发的要求，将转发配置信息写入到数据转发模块21。中央管理单元4还根据转发配置要求，将各个子网络接收与发送需要的端口配置信息及主帧调度信息写入到子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25，供控制器24读取。

在优选的实施方式中，数据转发模块21可设置寻址模块22，该寻址模块22可实现多个子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25的寻址管理，以实现通信存储区25总线数据的写入和读取。在一个具体例子中，寻址模块22可通过FPGA实现编址逻辑，实现多个子网络对应的通信存储区25的寻址管理，从而数据交换装置2可以通过寻址模块22确定需要访问的子网络对应的通信存储区25的位置，实现对各个子网络的通信存储区25的数据写入和读取操作。

进一步的，数据交换装置2还可通过寻址模块22确定各子网络的控制器24的位置，访问各子网络的控制器24，对控制器24进行配置。初始化配置完成后，控制器24即可根据主帧调度信息和端口配置信息进入正常运行过程。

在优选的实施方式中，所述S300将所述总线数据传输至所述目标子网络具体包括：

S320：将各子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元1传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口。

具体的，数据转发模块21可按照转发配置信息，将数据交换装置2的宿端口接收的各个子网络的总线数据，分别按各子网络的订阅情况，通过数据交换装置2的源端口发送至相应的目标子网络的宿端口，进而可发送至子网络的网络设备3，如图9所示。

在优选的实施方式中，所述S320将各子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元1传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口具体包括：

将各子网络源端口输出的所述总线数据存储至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口；或者，将所述中央控制单元1传输的所述总线数据传输至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口，如图10所示。

可以理解的是，在车辆总线通信网络系统正常运行过程中，中央管理单元4根据解析的转发配置信息，通过寻址模块22，依次读取数据交换装置2宿端口接收的各子网络源端口发送的总线数据，并将总线数据写入订阅该子网络的目标子网络对应的数据交换装置2的源端口中。此过程为周期性循环操作。

在该优选的实施方式中，为了实现各个子网络的数据交互，可为各子网络设置通信存储区25。从而，当其他子网络的源端口向订阅该端口的目标子网络传输总线数据时，数据转发模块21可接收其他子网络传输的总线数据，根据转发配置信息将其他子网络源端口输出的总线数据写入对应的目标子网络接收该数据的宿端口对应的数据交换装置2的源端口的通信存储区25中，从而目标子网络的控制器24可从通信存储区25中获取该总线数据并根据端口配置信息传输至对应的数据交换装置2的源端口以传输至目标子网络的网络设备3，实现不同子网络间总线数据的交互。

同理的，中央控制单元1需要向子网络发送总线数据时，数据转发模块21可接收中央控制单元1传输的总线数据，并根据转发配置信息确定接收该总线数据的子网络的宿端口，将中央控制单元1传输的总线数据写入目标子网络接收该数据的宿端口对应的数据交换装置2的源端口的通信存储区25中，从而目标子网络的控制器24可从通信存储区25中获取该总线数据并根据端口配置信息传输至对应的数据交换装置2的源端口以传输至网络设备3，实现中央控制单元1与多个子网络间总线数据的交互。例如，子网络2到子网络N订阅了子网络1的端口，数据转发模块21通过寻址模块22，读取子网络1对应的通信存储区25中的数据交换装置2的宿端口接收的总线数据，依次转存到子网络2对应的通信存储区25至子网络N对应的通信存储区25中数据交换装置2的源端口总线数据的存储位置。

在可选的实施方式中，数据转发模块21可通过FPGA芯片实现，可以实现数据的快速交换。数据转发模块21按照转发配置信息，将接收的各个子网络源端口传输的总线数据，分别按各子网络的订阅情况，填入到目标子网络相应的数据交换装置2的源端口，供数据交换装置2的源端口发送到子网络的宿端口，以进一步传输至子网络的网络设备3。例如，在子网络A和B之间，数据转发模块21可将子网络A的源端口发送的总线数据，转储至数据交换装置2中与子网络B的宿端口对应的源端口的通信存储区25，同理的，也可以将子网络B的源端口发送的数据转储至数据交换装置2中与子网络A的宿端口对应的源端口的通信存储区25。

在一个具体例子中，中央管理单元4可采用CPU芯片，子网络的控制器24和数据转发模块21可采用FPGA芯片实现，寻址模块22可通过FPGA实现编址逻辑以及子网络对应的通信存储区25可采用双口RAM芯片。

其中，中央管理单元4的CPU芯片和数据转发模块21的FPGA芯片可以设置在同一个SOC(System-on-a-Chip)上。

子网络对应的通信存储区25采用双口RAM芯片，每一个子网络对应的通信存储区25分别采用一片双口RAM芯片，用于各个子网络端口总线数据的存储以及端口配置信息和主帧调度信息的存储，供子网络控制器24调用。

子网络控制器24采用FPGA芯片实现，具备总线数据收发功能，每一个子网络控制器24采用一个FPGA芯片，可以根据主帧调度信息实现子网络的总线调度，并完成子网络数据的接收与发送操作。

由于MVB各子网络中的数据存储要求并不大，多个子网络的RAM通信存储区25可以采用同一片存储区，如可设置在中央管理单元4和数据转发模块21的SOC芯片内部的DDR中，可将DDR划分不同的存储区，用来作为不同子网络的通信存储区25。此情况下，在FPGA资源足够时，多个子网络的控制器24也可以集中到同一片FPGA芯片内实现。

数据转发模块21通过高速以太网接口作为与中央控制单元1进行数据交互的传输通道。可以通过该高速以太网接口，实现中央控制单元1数据到各个子网络的转发。在其他实施方式中，该传输通道也可以采用双口RAM的存储区实现，数据转发模块21以模块或板卡形式集成到中央控制单元1主机上，中央控制单元1可以通过背板总线，直接访问双口RAM，将总线数据存储至该RAM以使数据转发模块21可从该RAM中获取总线数据并转发至对应的目标子网络，数据转发模块21也可将子网络的总线数据存储至该RAM中，实现与数据转发模块21的数据交互。从而中央控制单元1可通过数据转发模块21将总线数据传输至各子网络，实现中央控制单元1与各个子网络的数据交互。在此情况下，中央管理单元4可预先将中央控制单元1与各子网络交互的端口设置到转发配置信息中，数据转发模块21按转发配置信息实现该中央控制单元1传输通道的存储区与各个子网络对应通信存储区25的数据交换。

下面通过一个具体例子来对本发明作进一步的说明。以一个具有A、B两个子网络的车辆总线通信网络系统为例。在该具体例子中，系统包括中央控制单元1、中央管理单元4、数据转发模块21和为每个子网络设置的控制器24和通信存储区25，其中，数据转发模块21中设置有寻址模块22。车辆总线通信网络系统的数据交换方法包括以下步骤：

(1)在正常工作之前，需要进行配置。中央管理单元4可按照总线划分及端口转发要求，生成配置文件，配置文件包括主帧调度信息、端口配置表(端口配置表信息)和转发配置表(转发配置信息)，并通过服务端口23，上传到数据交换装置2的数据转发模块21上。其中，子网络A定义源端口A1、A2，子网络B定义源端口B1、B2，中央控制单元1定义源端口C1、C2。中央控制单元1需要接收子网络所有源端口发出的总线数据，子网络A需要收取中央控制单元1的C1端口和子网络B的B1端口的总线数据，子网络B需要接收中央控制单元1的C2端口和子网络A的A2端口的总线数据。根据上述总线数据的转发关系，可生成相应的配置文件。

(2)上电后进行初始化，中央管理单元4读取配置文件，解析为主帧调度信息、端口配置表和转发配置表。通过寻址模块22将主帧调度信息和端口配置表解析后分别配置到子网络A和B对应的数据交换装置中的通信存储区25以及子网络控制器24的寄存器中，实现端口配置以及总线调度表配置。将转发配置表写入到数据转发模块21的配置寄存器中。按照步骤(1)中的示例，在数据交换装置2中，为子网络A配置相应的源端口C1和B1，宿端口A1和A2，为子网络B配置相应的源端口C2和A2，宿端口B1和B2。

(3)初始化完成后，子网络A协议控制器24启动工作，按照子网络A的总线调度表，实现子网络A的总线数据的调度管理，形成端口C1、B1、A1、A2的总线数据交互；子网络B协议控制器24启动工作，按照子网络B的总线调度表，实现子网络B的总线数据的调度管理，形成端口C2、A2、B1、B2的总线数据交互。

(4)数据转发模块21根据转发配置表，通过寻址模块22，将通过A2宿端口读取的子网络A发送的总线数据，写入到子网络B对应的A2源端口中，将通过B1宿端口读取的子网络B发送的总线数据，写入到子网络A对应的B1源端口中。以上操作周期性循环进行。

(5)数据转发模块21通过寻址模块22，读取数据交换装置2上与子网络A对应的A1、A2宿端口和与子网络B对应的B1、B2宿端口的总线数据，经高速以太网接口，转发到中央控制单元1；同时接收中央控制单元1所发送的C1、C2源端口数据，分别写入到数据交换装置2上与子网络A对应的C1源端口和与子网络B对应的C2源端口中。以上操作周期性循环进行。

(6)通过以上的操作，可实现中央控制单元1、子网络A和子网络B的数据交换通信过程。

在其他实施方式中，中央控制单元1可采用双口RAM实现与子网络的数据交换，则：

步骤(4)中，数据转发模块21通过A2宿端口读取子网络A的总线数据，写入到与子网络B对应的A2源端口中，将通过A1、A2宿端口读取的子网络A的总线数据写入到中央控制单元1交互的双口RAM的A1、A2宿端口中；通过B1宿端口读取子网络B的总线数据，写入到与子网络A对应的B1源端口中，将通过B1、B2宿端口读取的子网络B的总线数据写入到中央控制单元1交互的双口RAM的B1、B2宿端口中；读取中央控制单元1交互的双口RAM中C1源端口的数据，写入到数据交换装置2上与子网络A对应的C1源端口中，读取中央控制单元1交互的双口RAM中C2源端口的数据，写入到数据交换装置2上与子网络B对应的C2源端口中。以上操作周期性循环进行。

通过该具体例子可以看出，通过将整个MVB总线的切分。通过合理的划分，可以将原来在同一个MVB总线网络中交互的数据，切割为多个MVB子网络。各个子网络物理上隔离，互相之间不占用彼此的总线时间，因此，可以实现总体网络的数据通信量的提升。本发明仅改变总线与中央控制单元1的数据交互方式或硬件连接形式，并不影响子系统设备的软件、硬件设计及总线连接方式，可以较为便利的提升总线承载能力，符合列车总线网络传输数据量日益提高的趋势要求。

目前的MVB总线的网络设备3通常是布置在同一总线网络中，所有的总线数据全部采用广播形式。本发明通过配置文件，对网络数据进行筛选，即将MVB总线划分为多个相对独立的MVB子网络，如一个子网络需要获取其他子网络的总线数据，可以通过数据转发配置信息，进行所需子网络端口总线数据的订阅。被订阅的端口总线数据将转发至该子网络。本发明将整个网络划分若干个独立的MVB网络，各网络的通信过程彼此隔离，每个网络均有独立的总线控制器24进行调度，子网络负载和子网络故障互不影响。并且，一般的MVB网络，必须为同一物理层介质，网络设置不灵活。本发明的各个子网络可以设置为不同的物理层介质，通过在数据交换装置2上设置不同介质的接口进行总线数据的转发，可实现不同的物理层介质的子网络的数据交换，即可实现在同一个网络中，兼容不同通信物理介质的网络设备3。本发明仅需设置数据交换装置2即可将MVB总线网络设计为更高负载的网络架构，实施方法简便，对既有网络影响较小。而在每个MVB总线子网络中均设置具有MVB总线管理功能的控制器24，可以根据每个网络内设备的通信需求情况，对不同子网络的控制器24进行灵活配置，实现子网络内的个性化的MVB数据调度。

基于相同原理，本实施例还公开了一种车辆总线通信网络的数据交换装置2。本实施例中，所述车辆总线通信网络包括多个子网络，所述多个子网络在物理上相互隔离，所述数据交换装置2包括数据转发模块21，用于接收所述子网络或外部中央控制单元1传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元1。

在优选的实施方式中，每个所述子网络包括多个网络设备3，所述装置进一步包括与每个子网络对应设置的控制器24，所述控制器24用于根据预设的主帧调度信息形成轮询主帧数据；根据预设的端口配置信息将所述轮询主帧数据发送至多个网络设备3对应的宿端口；获取各网络设备3对应的源端口发送的与所述轮询主帧数据对应的从帧数据。

在优选的实施方式中，所述数据转发模块21具体用于通过寻址模块22接收各子网络传输的总线数据；将所述总线数据传输至所述中央控制单元1以使所述中央控制单元1根据所述总线数据返回对应的总线数据。

在优选的实施方式中，所述数据转发模块21具体用于将子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元1传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口。

在优选的实施方式中，所述数据交换装置2具体用于通过寻址模块22将各子网络源端口输出的所述总线数据存储至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口；或者，将所述中央控制单元1传输的所述总线数据传输至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区25获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口。

由于该数据交换装置2解决问题的原理与以上方法类似，因此本数据交换装置2的实施可以参见方法的实施，在此不再赘述。

上述实施例阐明的系统、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。

在一个典型的实例中计算机设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的由客户端执行的方法，或者，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的由服务器执行的方法。

下面参考图11，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机设备600的结构示意图。

如图11所示，计算机设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有计算机设备600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶反馈器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

为了描述的方便，描述以上数据交换装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种车辆总线通信网络的数据交换方法，其特征在于，所述车辆总线通信网络包括多个子网络，所述多个子网络在物理上相互隔离，包括：

接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；

根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；

将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元。

2.根据权利要求1所述的车辆总线通信网络的数据交换方法，其特征在于，每个所述子网络包括多个网络设备，所述方法进一步包括：

针对每个子网络，根据预设的主帧调度信息形成轮询主帧数据；

根据预设的端口配置信息将所述轮询主帧数据发送至多个网络设备对应的宿端口；

获取各网络设备对应的源端口发送的与所述轮询主帧数据对应的从帧数据。

3.根据权利要求1所述的车辆总线通信网络的数据交换方法，其特征在于，所述获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元具体包括：

接收各子网络传输的总线数据；

将所述总线数据传输至所述中央控制单元以使所述中央控制单元根据所述总线数据返回对应的总线数据。

4.根据权利要求2所述的车辆总线通信网络的数据交换方法，其特征在于，进一步包括在接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据，之前：

解析本地预设配置文件得到所述转发配置信息、所述端口配置信息和所述主帧调度信息；

将各子网络的所述主帧调度信息和所述端口配置信息写入各子网络。

5.根据权利要求1所述的车辆总线通信网络的数据交换方法，其特征在于，所述将所述总线数据传输至所述目标子网络具体包括：

将各子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口。

6.根据权利要求5所述的车辆总线通信网络的数据交换方法，其特征在于，所述将各子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口具体包括：

将各子网络源端口输出的所述总线数据存储至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口；或者，

将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口。

7.根据权利要求1所述的车辆总线通信网络的数据交换方法，其特征在于，进一步包括预先根据车辆总线通信网络中所有网络设备的总线数据传输关系对所有网络设备进行划分得到多个子网络。

8.一种车辆总线通信网络的数据交换装置，其特征在于，所述车辆总线通信网络包括多个子网络，所述多个子网络在物理上相互隔离，所述数据交换装置包括数据转发模块，用于接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元。

9.根据权利要求8所述的数据交换装置，其特征在于，每个所述子网络包括多个网络设备，所述装置进一步包括与每个子网络对应设置的控制器，所述控制器用于根据预设的主帧调度信息形成轮询主帧数据；根据预设的端口配置信息将所述轮询主帧数据发送至多个网络设备对应的宿端口；获取各网络设备对应的源端口发送的与所述轮询主帧数据对应的从帧数据。

10.根据权利要求8所述的数据交换装置，其特征在于，所述数据转发模块具体用于通过寻址模块接收各子网络传输的总线数据；将所述总线数据传输至所述中央控制单元以使所述中央控制单元根据所述总线数据返回对应的总线数据。

11.根据权利要求8所述的数据交换装置，其特征在于，所述数据转发模块具体用于将子网络源端口输出的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口或者将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络的宿端口。

12.根据权利要求11所述的数据交换装置，其特征在于，所述数据交换装置具体用于通过寻址模块将各子网络源端口输出的所述总线数据存储至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口；或者，将所述中央控制单元传输的所述总线数据传输至所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区，从所述目标子网络对应的数据交换装置中的通信存储区获取所述总线数据并传输至所述目标子网络的宿端口。

13.一种车辆总线通信网络系统，其特征在于，包括多个子网络和数据交换装置，所述多个子网络在物理上相互隔离；

所述数据交换装置用于接收所述子网络或外部中央控制单元传输的总线数据；根据预设的转发配置信息确定所述总线数据对应的目标子网络；将所述总线数据传输至所述目标子网络，获取所有子网络输出的总线数据并传输至所述中央控制单元。

14.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，

所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法。

15.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，

该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法。

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