CN114679403A - 一种mvb板卡检修系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MVB板卡检修系统，包括：电源转换与输出模块、MVB信号接收模块、MVB信号发送模块、AD采集模块、FPGA功能模块、ARM功能模块等。该系统提供了一个集成式的测试环境，通过该环境，能够进行MVB板卡、MVB子系统的测试。用户能够通过该系统，自动化/半自动化的实现一系列复杂的测试项目，该系统极大的提高了地铁运营公司在网络维护与检修方向的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及列车MVB网络检修，具体而言，设计MVB板卡、MVB子系统在库房时能够接入本系统，一定程度仿真列车运行环境，对被测件进行多方位测试。涵盖列车例行检修、列车大架修、列车网络设备维护等环节。
背景技术
当前列车MVB板卡不存在合适的检修手段。列车运营公司会预留设备备品，当发生网络故障时，要么更换网络设备继续上线运营；要么将整列车放在库房检修，联络相关供应商过来检修处理。
如果通过更换设备不能解决问题，同时又无多余的列车可调度上线运营时，情况就会非常棘手。
当前行业在本技术领域基本处于空白状态。本检修系统能够便捷有效的检测MVB板卡的各类问题。比如地铁运营公司可将本系统应用于例行检修工作任务中，能够提前发现MVB板卡问题，规避运营中出现故障；又能够将本系统应用于整个列车的网络测试，定位故障原因或者排查故障范围。
发明内容
针对上述行业背景中困难之处，本发明提供了一种MVB板卡检修系统。本系统集成了MVB板卡测试所需的多种组件与功能，提供了一体化的测试环境。降低了用户对于MVB板卡/子系统本身所需的技术能力要求，使用户能便捷有效地检测MVB板卡的各类问题。规避运营中出现的故障；又能够将本系统应用于整个列车的网络测试，定位故障原因或者排查故障范围。
上述方案中优选的是：采用ARM+FPGA控制框架。ARM作为主处理器，主要用于业务逻辑控制，实现跟应用相关的诸多测试项；FPGA作为协处理器，主要用于线速分析MVB通信协议、波形控制与采集、上电时序控制、异常捕获等。
上述方案中优选的是：220VAC至110VDC的电源转换与控制模块，其特点是能够为被测件提供多路110VDC供电，而且这些通道可以由操作面板、软件控制通断，同时各通道的通断能够与本系统的协议通信、波形采集同步，反应出协议通信、波形与电源通断的关系。
上述方案中优选的是：能够精准捕获被测件在上电过程中的波形，并通过设备内置功能，分析是否有毛刺产生；
上述方案中优选的是：能够精准捕获被测件在断电过程中的波形，并通过设备内置功能，分析是否有毛刺产生。
上述方案中优选的是：能够捕获分析设备上电后的第一次通信协议，分析其协议结构是否完整、协议字段是否是初始化的数据；
上述方案中优选的是：测试被测件的设备地址信息是否正确。本系统通过特定的设备地址配置查询设备状态字，观察被测件是否正确应答设备状态字。
上述方案中优选的是：本测试项用于判断IUT在A线、B线受扰时，是否能正常切换响应的状态标志。
上述方案中优选的是：判断被测件双路冗余功能。本系统作为激励，单独发送A线、B线的控制信号，要求被测件在A、B两路上都应答。
上述方案中优选的是：测试IUT的源端口与供应商声明是否一致。本系统对IUT做全端口扫描，观察IUT对哪些端口查询做应答。
上述方案中优选的是：测试IUT的错误率，需要具备一定的测试时长。错误信息包含：CRC错误、帧长度错误、编码错误、帧尾错误等。
上述方案中优选的是：测试IUT端口应答率，通过用户设定的时间长度，在一定时间范围内测试IUT应答率。
上述方案中优选的是：测试IUT的端口应答时间是否稳定、是否在预期范围内。
上述方案中优选的是：测试IUT的生命信号是否连续跳变。针对各个设备的各个端口，连续测试各端口的生命信号变化，检查各生命信号变化是否连续。要求一般连续跳变，变化值最大不超过2。
上述方案中优选的是：模拟一般总线上可能存在的故障帧，检测IUT是否能够正常识别和处理。根据被测设备的端口号，模拟各种类型的主帧与其通信，检测被测设备是否正常识别及应答。
附图说明
图1示出的是系统控制框图；
图2示出的是本系统与被测件的连接图；
图3示出的是在列车上使用本系统的示意图。
具体实施方式
为了更好的说明本方案的MVB板卡检修系统，下面对本发明的技术方案进行更清晰的描述。
图1示出的是本发明型的MVB板卡检修系统——优选实施例的结构框架图。本发明型所提供的MVB板卡检修系统通过软件和硬件的结合，将电源转换与输出控制、MVB信号发送/接收、波形采集、MVB协议解析/触发、数据传输通信等各种功能集成在同一系统中，大大减轻了列车运营公司在列车网络维护与检修方向的工作。本系统内部的各功能模块能有机组合，一起搭配完成本系统的各项测试指标。
由于现场作业的现场环境复杂，电磁干扰大，并且考虑到误操作、突然掉电等情况，必须对检测系统进行抗干扰设计，以保证其稳定运行。为此，在设计本发明型提供的MVB板卡检修系统时采取了抗干扰措施。由于本发明型提供的MVB板卡检修系统将各功能模块采用电路模块化集成于同一电路板上，所以本发明型提供的MVB板卡检修系统采用外屏蔽层壳体，起到屏蔽工作环境中电磁作用，是本发明型在作业人员操作时避免了由于所处环境带有磁场的原因而产生的电磁干扰。
在布线过程中，对模拟和数字信号有效隔离，并分别接地，保证模拟电电路中信号不受强电电磁干扰。本发明型所提供的MVB板卡检修系统的电路板上集成了各功能模块，为了使各功能模块之间不产生影响，在电路板布线过程中对各模块的布线进行了有效的隔离，确保任一功能模块在运行时能够准确地产生数据显示于显示界面GUI。若未对电路板的布线未进行对模拟和数字信号有效隔离，在仪器运行时电路板上各模块之间可能会产生干扰，导致测量的数据不准确，不清晰等。
使用屏蔽壳对关键的器件进行电磁干扰保护，提高模拟信号的可靠性和准确性；在硬件上采用高速光电隔离电路，保证数据传输速率和可靠性。
本方案总体控制架构使用ARM+FPGA框架。这种框架能够很好的兼顾GUI设计与数据采集与处理，将ARM用户界面设计与FPGA数据采集与信号处理的优点相结合。
ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。体积小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定。
ARM芯片上运行linux系统，通过以太网或USB与PC连接，主要实现与PC端应用软件的协议通信、数据传输、数据存储。当使用以太网通信时，通信过程基于TCP通信协议；设备端/PC端的软件通信都基于TCP socket接口。在通信机制角度，涵盖如下几种模式：a）PC发送控制指令，设备不用返回回馈信息；b）PC发送控制/查询指令，设备需要在指定时间范围内返回简单的反馈信息；c）设备持续给PC端传输几个不同协议封装的数据流；d）PC发送特定的查询信息，设备给PC端传输指定的数据流。在协议设计层面，设备端认为PC端所发送的指令必须为字符串，长度在100字节以内，而且必须以’\n’字符结尾。PC端收到设备所返回的指令查询反馈信息格式要求同上，并且PC端能够通过反馈能够识别出该反馈属于哪条查询指令。在所传输的数据流格式而言，设备端会在不同情况下发送多种不同的数据流，它们都遵循统一的格式：type+length+value。其中type字段长度为1字节，表示该数据流的特定类型；length字段长度为4字节，表示后续所跟随的value字段的长度，单位为字节；value字段为某种特定类型的数据流“载荷”，它的类型由type字段指定，它的长度由length字段指定，value字段中本身会根据应用类型/数据流类型做二次“协议封装”。
FPGA，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
本系统中的FPGA部分主要用于处理一些实时性要求特别高的内容。a）对于电源转换与输出部分，其通断控制使用继电器，而继电器的控制常见有使用FPGA/MCU/MPU等各种方案。本方案中使用FPGA的优点在于本系统/本应用中需要将电源通断控制与MVB协议发送/接收、波形采集做精准同步，本方案能够将这个同步的时间精度做到10ns～20ns级别，这个要求是MCU、MPU无法达到的。b）对于MVB信号发送/接收部分，本系统首先能够控制主从机制，既能适应MVB系统中存在总线主的情况，也能适应MVB总线上没有总线主的情况（本系统充当总线主角色）。如果本系统作为总线主，能够完成设备地址扫描、端口扫描等，同时监听MVB总线通信协议。如果本系统不做总线主，就只是监听MVB总线通信协议。本系统在做MVB通信过程中，能够同步配置陪测电路，比如配置MVB总线A/B线的通断，监测被测件的设备地址信息是否随A/B线通断正确改变。本系统能够精确监控端口通信过程，检测被测件的端口应答长度、应答时间、应答周期是否符合要求。本系统能够做MVB通信“长时间”稳定度测试，通过一定时间（例如24小时）的连续监测，衡量被测件工作的稳定性，模拟列车正线运营时的时间稳定度要求。c）对于波形采集部分，具备多种采集模式。具备一般通用示波器所带的自动触发采集、电平触发采集，同时具备通用示波器所不具备的MVB协议触发采集。本方案可选采用50MSa/s AD技术平台方案，能够兼顾波形分析、协议分析等需求。
以上结合本发明型的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明型的限制，例如发明型提供的这些权利要求里面的测试项目，凡是依据本发明型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明型的技术范围，还需要说明的是，按照本发明型的MVB板卡检修系统技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。
Claims (5)
1.一种MVB板卡检修系统，其特征在于：提供了包含被测件上电/断电精准控制、MVB通信控制、波形采集、自动化测试为一体的集成测试环境。
2.根据权利要求1所述的MVB板卡检修系统，其特征在于：采用ARM+FPGA控制框架。
3.根据权利要求1所述的MVB板卡检修系统，其特征在于：为被测件提供了多路110VDC供电通道，而且这些通道可以由操作面板、软件控制通断，同时各通道的通断能够与本系统的协议通信、波形采集同步，反应出协议通信、波形与电源通断的关系。
4.根据权利要求1所述的MVB板卡检修系统，其特征在于：能够与被测件实现MVB协议通信。
5.根据权利要求1所述的MVB板卡检修系统，其特征在于：能够实现被测件的上电干扰测试、断电干扰测试、上电启动数据完整性测试、设备状态协议测试、RLD和LAT测试、双路冗余测试、端口扫描测试、帧错误率测试、端口应答率测试、源端口应答时间测试、生命信号测试和异常忍耐性能测试。
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