CN201130955Y - 基于arm7核微处理器的mvb－can 网关设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于ARM7核微处理器的MVB－CAN网关，其特征在于包括核心处理电路、MVB协议控制电路、MVB接口电路、共享RAM电路、CAN协议控制电路、CAN接口电路和逻辑控制电路。核心处理电路利用共享RAM电路与MVB协议控制电路进行数据通信，并通过MVB接口电路与MVB总线进行数据传输；同时它也利用逻辑控制电路与CAN协议控制电路进行数据通信，并通过CAN接口电路与CAN总线进行数据传输。本实用新型具有MVB过程数据、消息数据、监视数据和网络管理功能，也具有CAN链路层管理、应用层管理功能。可广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆等和自动编组的工业控制领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及符合TCN标准的MVB网络控制系统，是具有CAN通信能力的MVB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标准一共定义了多功能车辆总线MVB和绞线式列车总线WTB两种形式，其中MVB总线连接一个车辆内的设备，总线工作频率为1.5Mbit/s，介质为双绞线或光纤。MVB总线在链路层提供了两种传输服务：(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MVB总线特点如下页表1所示。
CAN总线是公认的最具发展前途的现场总线之一，ISO11898标准是它的国际标准。CAN总线标准遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、数据链路层和应用层。CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制系统的串行通信网络，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN标准规定的总线特点如下页表2所示。
按照TCN标准和CAN标准规定，MVB-CAN网关设备既实现MVB过程数据、消息数据、监视数据和网络管理功能，也实现CAN链路层管理、应用层管理等功能，同时负责在MVB和CAN总线之间进行数据传输。
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。但是我国自主研发的MVB和CAN通信网络转换技术一直处于落后阶段，一些MVB-CAN网关设备一直依赖进口。MVB-CAN网关设备的研制成功，标志着全部MVB-CAN网络转换技术已经攻克，使我国的机车网络控制技术上了一个新台阶。
表1MVB总线的主要特点
| 特性 | 多功能车辆总线MVB |
| 总线结构 | 固定结构和设备地址 |
| 总线介质 | 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 |
| 信号形式 | 有分界符的曼彻斯特码 |
| 信号数据速度 | 1.5Mbit/s |
| 地址区间 | 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 |
| 有效的帧长度 | 固定为16，32，64，128或256位 |
| 完整性 | IEC60870校验序列及帧长度检查 |
| 介质分配 | 由一个总线主分配 |
| 主权转移 | 通过令牌传递总线管理器成为总线主 |
| 总线主冗余 | 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2CAN总线的主要特点
| 特性 | CAN |
| 网络结构 | 串行总线 |
| 通信介质 | 双绞线、光纤 |
| 通信方式 | CSMA/CD |
| 信号数据速度 | 1Mbit/s |
| 寻址方式 | 广播 |
| 节点数 | 64 |
| 传输距离 | 10km |
发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的MVB-CAN网关设备，主要应用于在铁路列车、地铁列车和城市轨道行业的MVB网络控制系统中，连接CAN网络设备。它既具有MVB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也具有CAN链路层管理功能和应用层功能。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的：一种基于ARM7核微处理器的MVB-CAN网关设备，其特征在于包括核心处理电路、MVB协议控制电路、MVB接口电路、共享RAM电路、CAN协议控制电路、CAN接口电路和逻辑控制电路。其结构示意图如图1所示。ARM7核心处理电路利用共享RAM电路与MVB协议控制电路进行数据通信，并通过MVB接口电路与MVB总线进行数据传输；同时它也利用逻辑控制电路与CAN协议控制电路进行数据通信，并通过CAN接口电路与CAN总线进行数据传输。或者更具体地说，MVB总线上的差分信号经MVB接口电路传送到MVB协议控制电路，并转化为并行总线数据存放于共享RAM电路，核心处理电路取出此通讯数据后，经逻辑控制电路存放于CAN协议控制电路中，最后通过CAN接口电路传送到CAN总线上形成CAN总线差分信号；反之，过程相同。
所述的核心处理电路包括32位ARM7处理器、FLASH器件、SDRAM器件、电源管理器件、RS232协议控制器、以太网协议控制器、复位电路和实时时钟器件。其硬件结构示意图如图2所示。ARM7核心处理电路作为网关核心处理单元，不仅完成MVB总线应用层、会话层、传送层、网络层、和链路层功能，还完成CAN总线应用层功能，同时具有以太网和RS232通讯能力。
所述的MVB协议控制电路是以MVBC协议控制器为核心的，完成MVB总线链路层功能；MVB接口电路是以RS485协议控制器和光耦隔离器件为核心的，完成MVB总线物理层功能；共享RAM电路是以SRAM为物理介质的，存贮相关通信数据。ARM7核心处理电路和MVB协议控制电路同时访问共享RAM电路的SRAM区，通过控制信号来解决争用冲突问题，在双方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方有使用权，避免因此而产生的读写错误。而MVB协议控制电路通过MVB接口电路收发数据，完成对MVB总线的操作。
所述的CAN协议控制电路是以CAN协议控制器为核心的，完成CAN总线链路层功能；CAN接口电路是以CAN总线收发器为核心的，完成CAN总线物理层功能；逻辑控制电路是以FPGA为物理介质的，调整控制电路的逻辑和时序。核心处理电路通过数据线和地址线并行访问逻辑控制电路，经过逻辑和时序调整，转化为数据线和地址线分时复用访问方式来与CAN协议控制电路进行数据通信。而CAN协议控制电路通过CAN接口电路收发数据，完成对CAN总线的操作。
所述的网关设备上还嵌入了系统软件、工程应用软件和MVB网络诊断软件。其中所述的系统软件包括网关所使用的操作系统、板级支持包和驱动软件包；工程应用软件是面向应用程序开发的软件，简称为OpenPCS软件，支持IEC61131-3标准所规定的所有功能；MVB网络诊断分析软件是MVB网络系统的诊断分析软件，主要完成IEC61375标准规定的MVB功能，用于诊断和分析网关的网络运行情况。
与现有技术相比较，本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型符合IEC61375和ISO11898，填补了国内在这一技术领域的空白。
(2)本实用新型提供了基于IEC61131-3的工程化应用平台，提高了工程化水平，降低了工程开发成本，缩短了工程周期。
(3)本实用新型通过了TCN网络产品例行试验项目，完成与国外MVB产品的一致性测试。
(4)本实用新型拓展了TCN网络控制系统的兼容性，为制定企业网络控制技术平台进行了探索。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型核心处理电路的硬件结构图。
图1是本实用新型的说明书摘要附图。
具体实施方式
如图1所示的一种基于ARM7核微处理器的MVB-CAN网关，包括核心处理电路、MVB协议控制电路、MVB接口电路、共享RAM电路、CAN协议控制电路、CAN接口电路和逻辑控制电路。
所述的核心处理电路是以32位ARM7处理器为核心的，外围配置FLASH器件、SDRAM器件、电源管理器件、RS232协议控制器、以太网协议控制器、复位电路和实时时钟器件。其中所述的ARM7处理器选用NetSilicon公司的32位处理器NET+50，它内嵌ARM7TDMI核，支持32位内部总线，有40个可编程I/O接口引脚，16个输入接口引脚，36个可编程中断。本系统中，处理器的晶振频率为18.432M，异步访问SDRAM的周期为60ns。由于MVB协议控制器插入的等待时间可达1us，因而处理器的访问速度保证了MVB协议控制器对MVB总线数据的可靠接收和发送。
所述的MVB协议控制电路是以MVBC协议控制器为核心的，选用Siemens公司的MVBCS1芯片，具有MVB四类设备功能；MVB接口电路是以RS485协议控制器和光耦隔离器件为核心的，选用MAX3088和6N137芯片，具有RS485差分信号收发及电气隔离功能；共享RAM电路是以SRAM为物理介质的，选用BS62LV4006芯片，用来存贮核心处理电路与MVB协议控制电路相互交换的通信数据。
所述的CAN协议控制电路是以CAN协议控制器为核心的，选用Philips公司的SJA1000芯片，支持CAN2.0A和CAN2.0B规范；CAN接口电路是以CAN总线收发器为核心的，选用82C250芯片，具有增强CAN总线驱动功能；逻辑控制电路是以FPGA为物理介质的，选用Xilinx公司的Sartan2-100芯片，用来处理核心处理电路和CAN协议控制电路之间的访问时序。
本实用新型上运行系统软件、工程应用软件和MVB网络诊断软件。
系统软件包括网关所使用的操作系统、板级支持包和驱动软件包。板级支持包由汇编语言编写，操作系统和驱动软件包由ANSI C语言编写完成。
工程应用软件主要包括OpenPCS软件。OpenPCS软件是网关的应用开发软件，支持以下6种编程语言：IL指令表、ST结构化文本、LD梯形图、FBD功能块图、SFC顺序功能图和CFC连续功能表，它由Visual C++语言编写完成。
MVB网络诊断分析软件是MVB网络系统的诊断分析软件，主要完成如下功能：配置和诊断分析MVB总线管理器、功能索引、端口配置、链路描述符、站索引等，完成MVB链路服务、变量服务和时钟服务等，它是由C++Builder语言编写完成。
Claims (1)
1. 一种基于ARM7核微处理器的MVB-CAN网关设备，其特征在于包括以32位ARM7处理器为核心的，外围配置FLASH器件、SDRAM器件、电源管理器件、RS232协议控制器、以太网协议控制器、复位电路和实时时钟器件的核心处理电路、以MVBC协议控制器为核心的MVB协议控制电路、以RS485协议控制器和光耦隔离器件为核心的MVB接口电路、以SRAM为物理介质的共享RAM电路、以CAN协议控制器为核心的CAN协议控制电路、以CAN总线收发器为核心的CAN接口电路和以FPGA为物理介质的逻辑控制电路；所述的电源管理器件通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述各电路中的芯片提供供电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址线和FLASH器件连接，同时通过32根数据线和14根地址线和SDRAM器件连接。
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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: 20080919 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20080919 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 |
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| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081008 Termination date: 20110524 |