CN201111326Y - Tcn网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种TCN网关，其特征在于包括MCB模块和WTB模块，其中所述的MCB模块由32位中央处理器、MVB单元、MVBCS01协议控制器和外围电路组成，提供运行TCN网络管理软件、实时协议栈软件和MVB链路协议软件的硬件平台；所述的WTB模块由8位CPU处理器、WTBC协议控制器和外围电路组成，提供WTB链路软件的运行平台；MCB模块与WTB模块之间通过内部并行总线进行WTB源、宿端口的过程数据、WTB的监视数据和/或消息数据的数据通讯。本实用新型符合国际列车通讯网络TCN标准IEC61375－1，为TCN列车通讯网络中最高级的通讯设备，在轨道车辆中有广泛应用。

Description

TCN网关

技术领域

本实用新型涉及国际列车通讯网络(TCN)标准IEC61375-1，为TCN列车通讯网络中最高级别的通讯设备，向下兼容MVB车辆总线和WTB列车总线，广泛应用于包括高速列车、EMU动车组、DMU动车组、有轨电车、地铁、客车等各种轨道车辆。

背景技术

国际列车通讯网络(TCN)标准IEC61375-1是在充分考虑列车的实际应用要求，在广泛征求世界各国铁路制造商、运营商等用户意见的基础上，专门针对轨道车辆制定的，是当前国内外列车网络通讯技术的主流，该标准也是目前中国铁路推荐使用的网络通讯标准。

在TCN列车通讯网络中，TCN网关设备是最高级别的设备。目前国内在TCN技术的基础研发上还落后于国外很多，特别是对于TCN网关这样的高端核心设备，因技术难度大，研发周期长，一直依赖进口。该设备的缺失是制约国产化TCN网络通讯技术的关键因素。TCN网络采用MVB+WTB两级总线网络结构，网络拓扑如图1所示。其中MVB负责车辆内部的数据通讯，WTB负责列车车辆间的数据通讯。按照网络通讯功能进行划分，TCN网络主要包括5类设备，其中0类设备为中继器，1、2、3、4类为MVB设备，TCN网关为5类设备，也是最核心的设备，技术上向下兼容0～5级各类设备。各类设备性能如下表所示。

0类设备	具有总线数据的再生和放大能力，用于延长传输距离或者连接两个不同物理介质的网络。
		1类设备	具有过程数据通讯和设备状态轮询能力
2类设备	具有设备状态轮询、过程数据通讯和消息数据通讯能力
		3类设备	具有设备状态轮询、过程数据通讯、消息数据通讯和用户可编程能力。
4类设备	具有设备状态轮询、过程数据通讯、消息数据通讯和总线管理能力
		5类设备	具有设备状态轮询、过程数据通讯、消息数据通讯、总线管理和网关路由功能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种包含TCN网络通讯技术的全部内容，在网络控制系统中负责MVB和WTB数据总线间的数据路由传输的TCN网关。

本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

一种TCN网关，其特征在于包括：MCB模块和WTB模块，其中所述的MCB模块由32位中央处理器、MVB单元、MVBCS01协议控制器和外围电路组成，提供运行TCN网络管理软件、实时协议栈软件和MVB链路协议软件的硬件平台；所述的WTB模块由8位CPU处理器、WTBC协议控制器和外围电路组成，提供WTB链路软件的运行平台；MCB模块与WTB模块之间通过内部并行总线连接，总线由地址信号线、数据信号线和控制信号线组成；MCB模块主处理器通过该内部并行总线发送地址、数据和控制信号来控制WTB模块，并完成与WTB模块处理器进行的数据交换；PW电源模块通过背板接口电路给MCB模块和WTB模块供电。

所述的MCB模块中的32位CPU微处理器由芯片Net+50构成，其外围电路包括万年历及主板监控电路、看门狗电路、232串行通讯口及以太网通讯口电路和存贮器电路，提供CPU板的温度和万年历时间，监控系统软件的正常运行、提供目标板与上位机的串口通讯功能以及通过以太网通讯接口支持10M/100M两种通讯模式和/或为系统提供数据运行和存贮空间。

所述的MVBCS01协议控制器由MVBCS01通讯控制器芯片构成，其接口电路支持MVB底层链路功能，支持MAU实现MVB物理层功能，负责MVB数据的收发。

所述的内部并行总线电路负责WTB板和MCB板间的地址线、数据线和控制线的数据缓冲和电平转换，提供两板间的并行数据通讯通道。

所述的WTB模块由8位CPU处理器、外部存贮器电路、MAU接口和HDLC控制器组成，其中所述的HDLC控制器负责将来自WTB总线的串行数据转换成CPU需要的并行数据，并通过DMA方式与CPU进行高速数据交换。

与现有技术相比较，本实用新型的提出，突破了制约我国列车通讯网络技术的关键，填补了国内空白，为实现多种轨道车辆网络通讯的标准化奠定了基础。

附图说明

本实用新型有7张附图，其中：

图1是TCN网关的拓扑图；

图2是MCB模块硬件结构框图；

图3是WTB模块硬件结构框图；

图4是MCB模块内部并行总线接口电路图；

图5是MVBCS协议控制器接口电路图；

图6是MVB模块的MAU介质接口电路图；

图7是WTB模块内部并行总线接口电路图。

图2是本实用新型的说明书摘要附图。

具体实施方式

本实用新型的TCN网关是TCN两级网络通讯系统中最高级别的设备，其中硬件部分由MCB模块和WTB模块组成：

MCB模块，其结构框图如图2所示。该模块包括MVB单元和中央处理单元，是运行TCN网络管理软件、实时协议栈软件和MVB链路协议软件的硬件平台。包括内部并行总线电路，MVBCS01协议控制器接口电路，MVB的MAU介质单元，以及其它通用电路，包括外部存储器电路、万年历及主板监控电路、看门狗电路、232串行通讯电路和以太网通讯电路。

WTB模块，其结构框图如图3所示，是运行WTB链路软件的硬件平台，包括外部存储器电路、HDLC控制器电路、WTB的MAU介质电路、WTBC协议控制器电路。

WTB模块和MCB模块是通过内部并行总线接口进行两个模块间的内部数据通讯的，通讯数据信息主要包括WTB源、宿端口的过程数据，WTB的监视数据和消息数据等。MCB模块内部总线并行接口电路如图4所示，WTB模块内部并行总线接口电路如图7所示。

MVBCS01芯片是最新版的MVBC协议控制器，其功能是负责完成MVB链路层底层的一系列功能，包括总线管理、消息数据、过程数据、监视数据通讯、主权转移、总线侦听等功能。该芯片及其附属电路及跟CPU接口电路如图5所示。MVB模块的MAU介质接口电路是MVB数据帧的收发物理通道，本设计支持两种模式的物理介质，一种是ESD+，一种是EMD。可根据应用的需要选择适合的介质类型。该接口电路如图6所示。

其工作原理说明如下：

网关硬件系统是TCN协议栈软件的运行平台，由MCB模块、WTB模块、PW电源模块组成。其中MCB模块由CPU中央处理单元和MVB单元组成，中央处理单元在Nucleus实时操作系统支持下运行TCN协议栈软件和用户级应用软件，MVB单元负责MVB数据的收发并支持链路层的底层功能。WTB模块运行WTB链路软件，负责WTB数据的收发并支持WTB链路的底层功能。WTB模块与MCB模块通过内部并行总线连接，用以两个模块间的数据交换。

1、MCB模块

该模块包括MVB单元和CPU中央处理单元，是运行实时协议栈软件和MVB链路软件的硬件平台。其硬件结构框图如图2所示。

该模块的主CPU芯片为Net+50微控制器，该控制器采用ARM7TDMI内核，为32位高性能嵌入式RISC处理器，最高主频为130MHz，采用3级指令流水线，使用单一32位数据总线传送指令和数据，对存储器的数据访问支持8位、16位、32位。并带有如下资源：10/100BaseT Ethernet接口、10个通道的DMA控制器、2个完全独立的HDLC/UART/SPI串行口等。

1)通用外围电路包括：

万年历及主板监控由芯片DS1629负责，提供CPU板的温度和万年历时间。

看门狗电路由芯片IMP706及外围电路实现，系统软件正常运行时，定时刷新看门狗。若系统软件故障，在规定的时间内没有刷新看门狗，则看门狗电路发出复位信号，系统复位并重新运行。

232串行通讯口提供目标板与上位机的串口通讯服务功能。以太网通讯口提供标准以太网通讯接口，支持10M/100M两种通讯模式。

存储器模块包括16M的SDRAM，为上电后的程序运行和数据存储空间，8M的Flash，其中4M为系统程序存储空间，4M为系统配置程序和用户程序存储空间。

2)内部总线接口电路负责WTB板和MCB板间地址线、数据线和控制线的数据缓冲和电平转换，提供两个板间的并行数据通信通道。

3)MVBCS01接口电路负责

MVBCS01协议控制器电路支持MVB底层链路功能；MAU实现MVB物理层功能，负责MVB数据的收发；

MVBCS01协议控制器负责MVB协议中链路层以下的功能，负责信号质量、碰撞、闲聊监测；支持多种主帧发送方式，可通过MFS主帧槽寄存器发送单个主帧，也可通过建立主帧表自动或者定时发送主帧，进而实现总线管理功能；有4095个逻辑端口，具有宿端口刷新超时检测能力。

该模块的协议控制器芯片为MVBCS01

通讯控制器是针对机车车辆级网络通讯设计的专用芯片，由Siemens研发，负责MVB协议中链路层以下的功能，具有以下主要特点：

①支持过程数据、消息数据、监视数据(事件仲裁、设备状态轮询、主权转移功能)的传输，并具有总线管理和监视功能；

②采用曼彻斯特编码方式，数据传输速率为1.5MHZ，具有信号质量、碰撞、闲聊监测功能，有4095个逻辑端口和设备端口；

③支持位模式数据强制，自动数据比较机制；

④支持总线管理功能，支持多种主帧发送方式，可通过MFS主帧槽寄存器发送单个主帧，也可通过建立主帧表自动或者定时发送主帧。

另外，MVBCS01还有宿端口刷新超时检测能力，有两个通用定时器，能提供多个中断矢量，以方便实现诸如设备状态轮询、主权转移等功能。

4)MAU介质电路

MVB-MAU通道电路负责MVB数据收发驱动，支持双线冗余功能，可根据实际需要采用ESD+，EMD双绞线。

2、WTB模块

WTB模块是运行WTB链路软件的硬件平台，其硬件结构框图如图2所示。

其中CPU为8位处理器，负责运行WTB链路软件，由于WTB链路软件结构较清晰，此处无需实时操作系统支持。其中，外部存储器配置为128K的SRAM和128K的flash；HDLC控制器负责将来自WTB总线的串行数据转成CPU需要的并行数据，并通过DMA方式与CPU进行高速数据交换；WTB MAU接口收发WTB总线数据，采用双线冗余以增强网络数据交换的可靠性；FPGA芯片负责实现WTB通讯控制器功能，包括曼彻斯特编码译码功能(通讯速率为1Mbit/sec)、主辅通道切换功能、信号品质监视功能、冗余信道切换功能等。

Claims (5)

1. 一种TCN网关，其特征在于包括：MCB模块和WTB模块，其中所述的MCB模块由32位中央处理器、MVB单元、MVBCS01协议控制器和外围电路组成，提供运行TCN网络管理软件、实时协议栈软件和MVB链路协议软件的硬件平台；所述的WTB模块由8位CPU处理器、WTBC协议控制器和外围电路组成，提供WTB链路软件的运行平台；MCB模块与WTB模块之间通过内部并行总线连接，总线由地址信号线、数据信号线和控制信号线组成；MCB模块主处理器通过该内部并行总线发送地址、数据和控制信号来控制WTB模块，并完成与WTB模块处理器进行的数据交换；PW电源模块通过背板接口电路给MCB模块和WTB模块供电。

2. 根据权利要求1所述的一种TCN网关，其特征在于所述的MCB模块中的32位中央处理器由芯片Net+50构成，其外围电路包括万年历及主板监控电路、看门狗电路、232串行通讯口及以太网通讯口电路和存贮器电路，提供CPU板的温度和万年历时间，监控系统软件的正常运行、提供目标板与上位机的串口通讯功能以及通过以太网通讯接口支持10M/100M两种通讯模式和/或为系统提供数据运行和存贮空间。

3. 根据权利要求1所述的一种TCN网关，其特征在于所述的MVBCS01协议控制器由MVBCS01通讯控制器芯片构成，其接口电路支持MVB底层链路功能，支持MAU实现MVB物理层功能，负责MVB数据的收发。

4. 根据权利要求1所述的一种TCN网关，其特征在于所述的内部并行总线电路负责WTB板和MCB板间的地址线、数据线和控制线的数据缓冲和电平转换，提供两板间的并行数据通讯通道。

5. 根据权利要求1所述的一种TCN网关，其特征在于所述的WTB模块由8位CPU处理器、外部存贮器电路、MAU接口和HDLC控制器组成，其中所述的HDLC控制器负责将来自WTB总线的串行数据转换成CPU需要的并行数据，并通过DMA方式与CPU进行高速数据交换。

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