CN200959606Y - 基于fpga的wtb通讯设备 - Google Patents
基于fpga的wtb通讯设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN200959606Y CN200959606Y CN 200620091574 CN200620091574U CN200959606Y CN 200959606 Y CN200959606 Y CN 200959606Y CN 200620091574 CN200620091574 CN 200620091574 CN 200620091574 U CN200620091574 U CN 200620091574U CN 200959606 Y CN200959606 Y CN 200959606Y
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wtb
- circuit
- fpga
- line unit
- processor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Communication Control (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的WTB通讯设备，其特征在于包括处理器电路、线路单元电路和宿主机接口电路，所述的处理器电路通过线路单元电路与WTB网络相连接，通过宿主机接口电路与高层协议的宿主机相连接。本实用新型应用于基于FPGA的WTB网络控制系统，具有全部设备状态性能，过程数据性能、消息数据性能和总线管理性能，并有自动编组功能。通过板级支持包、WTB链路层实时协议软件及用户应用软件进行WTB的调试、监控和通信。本设备可广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆等实时性要求较高、能够自动编组的工业控制领域。
Description
技术领域
本实用新型应用于符合TCN标准的WTB网络控制系统，是WTB网络通讯设备。广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆等实时性要求较高、能够自动编组的工业控制领域。
背景技术
IEC61375-1《列车通信网络》(简称TCN标准)，是一项国际标准，也是我国铁路行业标准。TCN标准是为铁路机车车辆这一特殊应用领域设计的现场总线标准，它制定了一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互联挂、不同厂商的设备能够互联。TCN标准一共定义了两种总线形式：(1)连接一个车辆内设备的多功能车辆总线MVB，总线工作频率为1.5Mbit/s，介质为双绞线或光纤；(2)连接列车中各车辆的绞线式列车总线WTB，总线能够自动编组，工作频率为1Mbit/s，介质为双绞屏蔽线。这些总线在链路层提供了相同的两种传输服务：(1)过程数据：周期性的，源寻址广播数据；(2)消息数据：按需传送的，目标寻址的数据报文。TCN标准规定的两种总线特点如下页表1所示。
按照TCN标准规定，连接在网络上的WTB设备只实现WTB物理层和链路层功能，而高层协议的实现则需要宿主机支持。WTB设备功能包括介质冗余处理、介质相关编码即报文的编码、定时与同步等、介质无关编码即HDLC帧格式组成、CRC校验等、介质分配即过程、消息、监控报文的分配、初运行即主权分配、节点命名等、链路层适配器、链路层管理等。WTB参考模型如图1所示。
在我国，电力机车一直采用集中式控制方式，即现场所有信号的采集与控制都需要通过硬线连接到集中控制计算机上。从上世纪90年代，国外先进的TCN分布式网络控制技术开始引入我国，同时国内的电力机车也开始陆续采用TCN分布式网络控制技术进行应用。但是我国自主研发的TCN通信网络技术一直处于空白阶段，一些TCN网络关键设备一直依赖进口。基于FPGA的WTB设备的研制成功，标志着全部WTB网络技术已经攻克，使我国的机车网络控制技术上了一个新台阶。
| 特性 | 绞线式列车总线WTB | 多功能车辆总线MVB |
| 总线结构 | 可变式结构，当组成改变时可自动编组 | 固定结构和设备地址 |
| 总线介质 | 双绞屏蔽线，特征阻抗120Ω(860m，32个节点，相当于22节UIC车辆) | 基于RS-485的双绞线(20m，32个设备)变压器耦合的双绞屏蔽线(200m，32个设备)带星耦器的光纤(2000m，2个设备) |
| 物理冗余 | 双份物理介质 | 双份物理介质 |
| 信号形式 | 有16～32位帧头的曼彻斯特码 | 有分界符的曼彻斯特码 |
| 信号数据速度 | 1.0Mbit/s | 1.5Mbit/s |
| 地址区间 | 过程数据(每节点1个)和消息数据都为8位地址 | 过程数据(逻辑地址)和消息数据(物理地址)都为12位地址 |
| 物理地址 | 点对点和广播 | 点对点和广播 |
| 有效的帧长度 | 可变的4～132个八位位组 | 固定为16，32，64，128或256位 |
| 完整性 | 每帧FCS-16、帧长度检查及曼彻斯特编码 | IEC60870校验序列及帧长度检查 |
| 介质分配 | 由一个总线主分配 | 由一个总线主分配 |
| 主权转移 | 每个节点都可成为强总线主(根据命令)或弱总线主(根据默认) | 通过令牌传递总线管理器成为总线主 |
| 总线主冗余 | 初运行后，总线主权转移到另一节点 | 自动的主权转移，由令牌传递进行冗余校验 |
| 链路层服务 | 过程数据 周期性数据 按源寻址广播的数据集消息数据 偶发性数据 点对点或广播数据报文监视数据 周期性数据/偶发性数据 总线管理的数据 | |
表1 WTB及MVB的主要特点
发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的WTB设备，具有全部设备状态性能、过程数据性能、消息数据性能和总线管理性能。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的：一种基于FPGA的WTB通讯设备，其特征在于包括处理器电路、线路单元电路和宿主机接口电路，处理器电路通过线路单元电路与WTB网络相连接，通过宿主机接口电路与高层协议的宿主机相连接，其中所述的处理器电路包括FPGA处理器、MCU微控制器和HDLC控制器；所述的FPGA处理器的功能除了作为曼彻斯特编/解码器，还完成报文的定时、中断及收发；MCU微控制器与HDLC控制器通过DMA方式进行数据交换；HDLC芯片为增强型串行通讯控制器，支持轮询、中断和DMA三种数据交换方式，支持异步模式、同步模式、SDLC和HDLC多种通讯模式。
所述的线路单元电路包括包括曼彻斯特编/解码器、线路收发器、线路切换开关和线路终端器，线路单元模块通过双线设置可实现WTB介质冗余功能。
所述的宿主机接口电路是以SRAM为物理介质的，WTB通讯设备与宿主机之间通过SRAM进行通信，通过FPGA的控制信号来解决争用冲突问题，在两块板争用同一地址单元时，其片内硬件电路可根据两边的地址、片选以及读写信号到达先后顺序来裁决哪个板有使用权，避免因此而产生的读写错误。
所述的设备上还嵌入了一个板级支持包、WTB链路层实时协议软件及用户应用软件包，其中所述的板级支持包完成任务调度、内存管理、任务间通信、任务的同步与互斥，中断管理和定时器功能；WTB链路层实时协议软件完成WTB报文的编码、定时与同步、介质的访问控制、初运行过程、向高层协议提供服务的链路接口；用户应用软件调用WTB链路层实时协议软件过程数据、消息数据及监视数据的应用层接口函数，利用本地和网络通信得到的数据，进行相应的控制操作。
与现有技术相比较，本实用新型的优点在于：
(1)克服了集中式控制方式布线复杂、故障点多等缺陷，提高了系统的准确性与可靠性。
(2)实现了模块化设计，实时监控设备状态，提供故障处理方法，同时用户具有高度的系统集成主动权。
(3)可用于实现频繁改变编组的工业控制领域。
(4)降低设备成本，节省安装、维护开销。
附图说明
图1是本实用新型WTB参考模型图。
图2是本实用新型的WTB设备结构框图。
图2是本实用新型说明书摘要附图。
在图中：1是处理器电路，2是线路单元电路，3是宿主机接口电路。
具体实施方式
如图2所示的一种基于FPGA的WTB通讯设备，包括FPGA处理器、MCU微控制器、HDLC控制器、宿主机接口电路、线路收发器和线路切换开关及终端匹配电阻电路。FPGA处理器的功能除了作为曼彻斯特编/解码器，还完成报文的定时、中断及收发。其中所述的FPGA处理器选用Xilinx公司的SPARTAN2系列处理器；MCU为普通8位单片机，具有DMA功能；HDLC芯片为增强型串行通讯控制器ESCC，支持轮询、中断和DMA三种数据交换方式，支持异步模式、同步模式、SDLC、HDLC等多种通讯模式。本实用新型中，MCU与ESCC通过DMA方式进行数据交换。
宿主机接口电路是以SRAM为物理介质的，WTB通讯设备与宿主机之间通过SRAM进行通信。通信方式的关键是处理好争用现象。在实用新型中，是利用FPGA的控制信号来解决争用冲突问题的。在两块板争用同一地址单元时，其片内硬件电路可根据两边的地址、片选以及读写信号到达先后顺序来裁决哪个板有使用权，避免因此而产生的读写错误。
线路单元电路是实现WTB参考模型中1～2层的功能，如图1所示。其中包括曼彻斯特编/解码器、线路收发器、线路切换开关、线路终端器等。线路单元模块通过安装两个线路单元模块可实现WTB介质冗余功能，如图2所示。
本实用新型上运行板级支持包，WTB链路层实时协议软件及用户应用软件。
板级支持包完成任务调度、内存管理、任务间通信、任务的同步与互斥，中断管理和定时器功能。板级支持软件包使用汇编语言编写。
用户应用软件调用WTB链路层实时协议软件过程数据、消息数据及监视数据的应用层接口函数，利用本地和网络通信得到的数据，进行相应的控制操作。应用控制程序软件由C语言编写完成。
WTB链路层实时协议软件完成WTB报文的编码、定时与同步、介质的访问控制、初运行过程、向高层协议提供服务的链路接口等。
Claims (1)
1、一种基于FPGA的WTB通讯设备，其特征在于包括处理器电路(1)、线路单元电路(2)和宿主机接口电路(3)，处理器电路通过线路单元电路与WTB网络相连接，通过宿主机接口电路与高层协议的宿主机相连接，其中所述的处理器电路包括FPGA处理器、MCU微控制器和HDLC控制器；所述的线路单元电路包括双线设置的曼彻斯特编/解码器、线路收发器、线路切换开关和线路终端器；所述的宿主机接口电路是以SRAM为物理介质的，WTB通讯设备与宿主机之间通过SRAM进行通信，通过FPGA的控制信号来解决争用冲突，避免产生读写错误。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200620091574 CN200959606Y (zh) | 2006-06-12 | 2006-06-12 | 基于fpga的wtb通讯设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200620091574 CN200959606Y (zh) | 2006-06-12 | 2006-06-12 | 基于fpga的wtb通讯设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN200959606Y true CN200959606Y (zh) | 2007-10-10 |
Family
ID=38786485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200620091574 Expired - Fee Related CN200959606Y (zh) | 2006-06-12 | 2006-06-12 | 基于fpga的wtb通讯设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN200959606Y (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101860467A (zh) * | 2010-05-26 | 2010-10-13 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种专用绞线式列车总线控制装置 |
| WO2013078664A1 (zh) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | 中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心 | 便携式wtb数据分析卡及其工作方法 |
| CN108900596A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-27 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | Wtb物理层数据帧采集装置及数据帧采集方法 |
-
2006
- 2006-06-12 CN CN 200620091574 patent/CN200959606Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101860467A (zh) * | 2010-05-26 | 2010-10-13 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种专用绞线式列车总线控制装置 |
| CN101860467B (zh) * | 2010-05-26 | 2012-07-11 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 一种专用绞线式列车总线控制装置 |
| WO2013078664A1 (zh) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | 中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心 | 便携式wtb数据分析卡及其工作方法 |
| CN108900596A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-27 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | Wtb物理层数据帧采集装置及数据帧采集方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101123592B (zh) | 基于arm7核微处理器的mvb-can网关 | |
| CN201044455Y (zh) | Tcn机车网络控制试验装置 | |
| CN101083590A (zh) | Tcn机车网络控制试验平台 | |
| CN100474184C (zh) | 基于arm9核微处理器的列车控制单元 | |
| CN101702694A (zh) | 机车互联网关和系统以及机车通信方法 | |
| CN204272154U (zh) | 高速动车组网络系统的以太网交换机 | |
| CN101404629A (zh) | 基于arm7的wtb-以太网网关 | |
| CN201044048Y (zh) | 基于arm9核微处理器的列车控制装置 | |
| CN200959606Y (zh) | 基于fpga的wtb通讯设备 | |
| CN103043085A (zh) | 主控设备和数据传输方法 | |
| CN109932966B (zh) | 一种基于m-lvds总线实时高效数据传输方法 | |
| CN202230355U (zh) | 数控机床用can远程信号采集系统 | |
| CN2819315Y (zh) | 基于arm7核微处理器的mvb四类设备 | |
| CN101399788A (zh) | 基于arm7的wtb-can网关 | |
| CN107168045A (zh) | 一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统 | |
| CN101414177A (zh) | 基于现场总线数据采集的串口转以太网系统 | |
| CN201130955Y (zh) | 基于arm7核微处理器的mvb－can 网关设备 | |
| Schifers et al. | IEC 61375-1 and UIC 556-international standards for train communication | |
| CN1798114A (zh) | 一种can总线－以太网网桥 | |
| CN103067213A (zh) | 数据记录系统 | |
| CN104571045A (zh) | 高速动车组网络控制系统中央控制单元 | |
| CN202035007U (zh) | 一种基于arm7的mvb-hdlc网关 | |
| CN201111326Y (zh) | Tcn网关 | |
| CN106817287A (zh) | 一种通信设备及通信方法 | |
| CN201274496Y (zh) | Wtb-以太网网关设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NORTH CHINA CO. Free format text: FORMER OWNER: XIE BUMING Effective date: 20080912 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20080912 Address after: Beijing City, Fengtai District Fong City Park District building 15, zip code: 100076 Patentee after: China CNR Corporation Limited Address before: R & D center of Dalian Locomotive & Rolling Stock Co., Ltd., No. 51 middle The Strip, Shahekou District, Liaoning, Dalian 116022, China Patentee before: Xie Buming |
|
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHINA CNR CORPORATION LIMITED DALIAN ELECTRIC TRAC Free format text: FORMER OWNER: NORTH CHINA CO. Effective date: 20090410 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090410 Address after: No. 51, middle The Strip, Shahekou District, Liaoning, Dalian Province, China: 116022 Patentee after: Dalian Electric Traction Research & Development Center of China North Locomotive Co., Ltd. Address before: Beijing City, Fengtai District Fong City Park District building 15, zip code: 100076 Patentee before: China CNR Corporation Limited |
|
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071010 Termination date: 20110612 |