CN200959602Y - 绞线式列车总线协议控制器 - Google Patents

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CN200959602Y CN 200620091587 CN200620091587U CN200959602Y CN 200959602 Y CN200959602 Y CN 200959602Y CN 200620091587 CN200620091587 CN 200620091587 CN 200620091587 U CN200620091587 U CN 200620091587U CN 200959602 Y CN200959602 Y CN 200959602Y
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时德钢
李常贤
于跃
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CRRC Dalian R&D Co Ltd
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谢步明
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Abstract

本实用新型绞线式列车总线协议控制器应用于列车网络控制领域，适用于经常相互连挂和解连的重连车辆的通讯组件，其结构具有在FPGA平台上开发的绞线式列车总线协议控制器IP核，其通过曼彻斯特编码、解码功能、FIFO缓存重发功能、通信数据品质监测功能、WTB寄存器功能、定时器、线路冗余管理等功能来进行对通信数据处理；其采用DB9型连接器与绞线式列车总线联接，能够实现多CPU访问共享存储区的仲裁控制功能，片上寄存器、定时器、IO以及中断管理等功能。列车网络产品生产厂家可以使用本实用新型形成的控制芯片，并可在开发过程中直接使用本实用新型(IP core)进行设计，避免了重复开发工作，加快了其产品上市进度。

Description

绞线式列车总线协议控制器
技术领域
本实用新型绞线式列车总线协议控制器应用于列车网络控制领域，适用于经常相互连挂和解连的重连车辆的通讯组件，用于经常相互连挂和解连的重连车辆，绞线式列车总线(Wire Train Bus，简称WTB)是列车通讯网络的一个基本组件，适用于经常相互连挂和解连的重连车辆的通讯；是符合IEC-61375标准的网络产品。
背景技术
本实用新型应用于列车网络控制领域，适用于经常相互连挂和解连的重连车辆的通讯组件，用于经常相互连挂和解连的重连车辆，这是国际UIC列车常用到的一种情况。WTB是一种串行数据通信总线，满足了UIC556的要求，能够周期性的广播过程数据，也可以根据需要发送一定长度的消息数据。能够实现主权转移和初运行。在列车通信网络中，在国际及国内WTB应用较多；但目前，国内尚无满足IEC-61375标准要求的专用绞线式列车总线协议控制器芯片，各应用厂家只能根据自身情况自行开发绞线式列车总线协议控制器，通用性差、重复开发现象严重。因此开发绞线式列车总线协议控制器是十分必要的。
发明内容
鉴于现有技术所存在问题，本实用新型以FPGA为核心，设计出符合IEC61375标准的绞线式列车总线协议控制器，属于知识产权(IP核)类型产品，它可以形成通用的硬件协议控制器板卡(或芯片)。列车网络产品生产厂家既可以使用本实用新型形成协议控制器板卡(或芯片)，也可在FPGA开发过程中直接使用本实用新型(IP core)进行设计，避免了重复开发工作，加快了其产品上市进度。本实用新型所述的的绞线式列车总线协议控制器，其结构具有在FPGA平台上开发的绞线式列车总线协议控制器IP核；其通过曼彻斯特编码、解码功能、FIFO缓存重发功能、通信数据品质监测功能、WTB寄存器功能、定时器、线路冗余管理等功能来进行对通信数据处理。其采用标准的DB9型连接器与绞线式列车总线联接，1脚为信号正线，2脚为信号负线。其辅助逻辑控制模块能够实现FPGA自身的配置程序下载功能，能够实现多CPU访问共享存储区的仲裁控制功能，片上寄存器、定时器、1O以及中断管理等功能。
本实用新型所述的通信数据处理的信号接口模块，采用标准的DB9型连接器与绞线式列车总线联接。其1脚为信号正线，2脚为信号负线。
本实用新型所述的通信数据处理的辅助逻辑控制模块，能够通过FPGA实现的程序下载配置功能，能够实现多CPU访问共享存储区的仲裁控制功能，片上寄存器、定时器、IO以及中断管理等功能。
本实用新型通过定义了接口信号A输入(A_IN_1、A_IN_2)、B输入(B_IN_1、B_IN_2)、A输出(A_OUT_1、A_OUT_2、A_OUT_1L、A_OUT_2L)、B输出(B_OUT_1、B_OUT_2、B_OUT_1L、B_OUT_2L)、A控制(A_CONTROL_1)、B控制(B_CONTROL_1)，等信号用于绞线式列车总线协议控制器跟其信号接口模块连接，实现物理数据信号收发通讯。
本实用新型是一个完全符合IEC-61375标准的绞线式列车总线协议控制器，方案如图1所示，主要是基于FPGA设计的。绞线式列车总线协议控制器的设计包括了信号接口模块、曼彻斯特编解码功能、FIFO缓存重发功能、通信数据品质监测功能、WTB寄存器功能、线路选择及冗余管理等功能模块。根据不同需求可以提供灵活的辅助逻辑控制。
本实用新型具有以下特点：
完全符合IEC-61375标准，通用性强。以FPGA为基础，升级换代很方便，便于功能扩展，比如一些IO控制和组合逻辑功能，可以根据需要通过FPGA实现，而无需外加控制芯片，降低产品成本。
本控制器形式灵活，既可以表现为硬件的协议控制器板卡(或芯片)，也可以是“软”的IP核。IP核产品在市场上已逐渐兴起，便于用户二次开发，节省资源，加快产品上市进度。
附图说明
图1绞线式列车总线协议控制器结构示意框图。
图2绞线式列车总线协议控制器数据线上理想的帧。
图3绞线式列车总线协议控制器接口设计原理图。
具体实施方式
本绞线式列车总线协议控制器信号接口模块属于外围电路，对内与FPGA直接相连，并完成绞线式列车总线协议控制器的IO引脚与WTB总线之间的数据交互。采用的控制芯片可根据具体设计而定，所给出的接口信号及其功能如表1所示。
表1接口信号说明
信号  功能描述     方向
TXDA  A通道发送数据     输入
TXDB  B通道发送数据     输入
A_IN_1  A1输入     输入
A_IN_2  A2输入     输入
B_IN_1  B1输入     输入
B_IN_2  B2输入     输入
RTSAL  A通道发送使能     输入
RTSBL  B通道发送使能     输入
RXDA  A通道接收数据     输出
TRXCAL  A通道同步时钟     输出
CTSAL  清除A通道发送     输出
DCDAL  A通道接收使能     输出
RXDB  B通道接收数据     输出
TRXCBL  B通道同步时钟     输出
CTSBL  清除B通道发送     输出
DCDBL  B通道接收使能     输出
A_CONTROL_1  冗余切换控制     输出
A_OUT_1  A1输出     输出
A_OUT_2  A2输出     输出
A_OUT_1L  A1反相输出     输出
A_OUT_2 L  A2反相输出     输出
B_CONTROL_1  冗余切换控制     输出
B_OUT_1  B1输出     输出
B_OUT_2  B2输出     输出
B_OUT_1L  B1反相输出     输出
B_OUT_2L  B2反相输出     输出
注：表1中信号是跟据IEC-61375的功能要求给出，实际应用中可根据自身需要自行取舍。A、B两条通道是为了实现冗余管理而设计的，两通道输出信号的反相是为了增强驱动能力。
信号接口模块对外采用四个标准的DB9型连接器(两个插针式和两个插孔式)与WTB电缆相连，方向1上采用针式连接器，方向2上采用孔式连接器。其引脚分配如表2所示：
表2 WTB连接器引脚分配
    1 信号正线     6 保留
    2 信号负线     7 保留
    3 保留(用于屏蔽层)     8 保留
    4 保留     9 保留
    5 保留
工作原理说明
1、曼彻斯特编解码器
WTB是一种串行数据通信总线，采用双绞屏蔽线为介质，工作在1.0Mbit/s速率下。所有的帧编码相同，遵守HDLC(ISO/IEC3309)标准。帧头和帧数据位采用曼彻斯特编码，一个包含了帧头、一定数目的“0”和“1”位以及一个终止分界符的帧定义为有效帧。图2给出了线路上的一个理想的帧。编码器负责将发送数据(原为NRZ格式)编成曼彻斯特码形式，并加上帧头和终止分界符；解码器负责将从线路上接收到的数据去掉帧头和终止分界符，并由曼彻斯特码形式解析成NRZ码形式。帧头的确定是通过盲检形式来完成的，见图2线路上理想的帧(16位帧头)。
2、线路切换及冗余管理
根据IEC-61375标准，WTB具有初运行和主权转移功能，因而设计了冗余接口，这与物理上的冗余也是一致的。节点同时通过线路A和线路B发送相同的数据，但节点只从其中的一条线路接收数据，此线路称作信任线，它同时监视另一线路，此线路称作监视线。每个节点根据其物理层产生的信号或根据其链路层的请求，独立地选择它的信任线和监视线，而不受其他节点的影响。线路切换模块可以根据检测帧的内容及定时器超时等情况自动选择信任线。
3、信号品质监测
为了保证数据的传输质量并及时进行冗余切换，解码器中设置了两个特定信号：载波检测信号(CS)和品质错误信号(QSE)，用来作为判断帧是否有效的标志。例如，当CS信号有效后，如果SQE信号有效的时间超过0.5BT，则此帧定义为无效帧。如果SQE信号有效，解码器在接收到下一个帧头之前将忽略所有数据。
4、FIFO缓存及重发功能
为了提高信号质量，绞线式列车总线协议控制器支持重发功能，先将接收到的数据放到FIFO缓存，根据信号品质监测的结果以及相关控制信息将数据进行重发。在需要的情况下，软件算法确保了重发功能的实现，但默认情况下，重发是被禁止的。
5、WTB寄存器及定时器
为了便于控制及设置，专门设计了WTB寄存器，可以设置一些控制参数。自检功能、线路切换等都是通过寄存器设置实现的。片上定时器很好的监测了WTB网络的运行情况，对多种情形进行了相应的定时设置，其超时状态将通过触发中断反映给协议栈软件。
6、逻辑控制
逻辑控制是绞线式列车总线协议控制器的“神经”，它连接了各个功能模块，使之协调工作。同时辅助逻辑控制增强了控制器的适应性和可扩展性，可根据需要进行调整，便于用户的二次开发，提供了友好的通信接口。
7、控制器接口信号设计
在FPGA的外部信号线上依次定义如图3所示的信号，用于该芯片跟外部器件的接口通讯。

Claims (2)

1、一种绞线式列车总线协议控制器，其特征在于通信数据处理的信号接口模块，采用标准的DB9型连接器与绞线式列车总线联接，其1脚为信号正线，2脚为信号负线。
2、根据权利要求1所述的绞线式列车总线协议控制器，其特征在于定义接口信号A输入、B输入、A输出、B输出、A控制1、B控制1等信号用于绞线式列车总线协议控制器跟其信号接口模块连接，实现物理数据信号收发通讯。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109947019A (zh) * 2019-03-27 2019-06-28 中国铁道科学研究院集团有限公司 列车网络输入输出系统的处理装置及并行工作控制方法

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