CN201274504Y

CN201274504Y - Wtb-can网关设备

Info

Publication number: CN201274504Y
Application number: CNU2008202184527U
Authority: CN
Inventors: 于跃; 吴健; 杜振环; 任宝兵; 谭雷雨
Original assignee: China CNR Corp Ltd
Current assignee: CRRC Yangtze Co Ltd
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2018-10-13

Abstract

本实用新型公开了一种WTB－CAN网关，其特征在于包括核心处理电路、WTB协议控制电路、FPGA编解码处理器、WTB总线驱动器、FPGA逻辑处理器、CAN协议控制器、CAN隔离光耦和CAN总线收发器。核心处理电路通过WTB协议控制电路生成HDLC报文，传送到FPGA编解码处理器转化成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线上；同时它也将数据经FPGA逻辑处理器传送到CAN协议控制器中转化为链路层报文，通过CAN隔离光耦变成隔离的差分电平信号，经CAN总线收发器传送到CAN总线上去。本实用新型具有WTB过程数据、消息数据、监视数据和网络管理功能，也具有CAN链路层和应用层功能。

Description

WTB-CAN网关设备

技术领域

本实用新型涉及符合TCN标准的WTB网络控制系统，是具有CAN通信能力的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。

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。

目前，由于国内CAN接口列车安全监控系统的服务要求，需要通过CAN接口，将列车运行数据传送到列车安全监控系中，方便于列车行车安全及维护。于是WTB-CAN网关便成为TCN网络控制系统必需的关键设备，使得CAN与WTB网络达到无缝地结合。虽然用户可以直接采购国外的WTB-CAN网关，但是国内还没有应用于机车车辆行业的具有自主知识产权的WTB-CAN网关，所以WTB-CAN网关的研制成功，标志着全部WTB-CAN转换技术已经攻克，填补了国内这一领域的空白，使我国的TCN网络控制技术上了一个新台阶，对于国内铁路机车车辆行业的技术创新具有现实意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新型的WTB-CAN网关设备，主要应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通行业的WTB网络控制系统中，连接CAN网络设备。使它既具有了WTB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WTB-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、SDRAM、电源管理电路、复位电路、实时时钟和RS232协议控制器的核心处理电路、以8位处理器和ESCC控制器为核心的WTB协议控制电路、以FPGA器件为核心的FPGA编解码处理器、以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的WTB总线驱动器、以FPGA器件为核心的FPGA逻辑处理器、以CAN独立协议芯片为核心的CAN协议控制器、以光耦为核心的CAN隔离光耦和以CAN驱动芯片为核心的CAN总线收发器；所述核心处理电路中的电源管理电路通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述电路中的所有芯片提供供电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址线异步访问FLASH，同时通过32根数据线和14根地址线同步访问SDRAM，完成程序的执行；WTB总线上的冗余差分数据信号通过两组信号线分别传送到WTB总线驱动器，经FPGA编解码处理器转化处理后，再存放于WTB协议控制电路IS62C1024芯片中；ARM7处理器NET+50芯片通过16根数据线、19根地址线和控制线互锁机制，优先访问IS62C1024芯片，并取得设备数据，再经CAN协议控制器SJA1000芯片把并行数据转化为串行数据，传送到CAN隔离光耦进行信号电气隔离，最后通过CAN总线收发器传送到CAN总线上形成CAN差分信号。反之，从CAN总线到WTB总线的设备数据传输过程与上述方法相似。

所述的核心处理电路包括中央处理器、FLASH、SDRAM、电源管理电路、复位电路、实时时钟和RS232协议控制器。其硬件结构示意图如图2所示。核心处理电路作为网关核心处理单元，不仅完成WTB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也完成CAN链路层和应用层功能。

所述的WTB协议控制电路是WTB网络的核心部件，完成WTB总线链路层功能；WTB总线驱动器是以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的，完成WTB总线物理层功能；FPGA编解码处理器是总线信号编码和解码器件，完成WTB总线信号编解码功能。。核心处理电路和WTB协议控制电路在进行数据交换时，通过控制信号来解决访问冲突问题，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WTB协议控制电路生成HDLC报文，传送到FPGA处理器转化生成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器完成对WTB总线的操作。

所述的CAN协议控制器是CAN网络的核心部件，完成CAN链路层功能；FPGA逻辑处理器是以FPGA芯片为物理介质的，调整控制电路的逻辑和时序；CAN隔离光耦是以光耦器件为核心的，将差分信号进行电气隔离；CAN总线收发器以CAN总线驱动芯片为核心的，增强CAN总线的驱动能力。核心处理电路通过FPGA逻辑处理器转化成的地址数据复用方式，访问CAN协议控制器，经过CAN隔离光耦进行电气隔离调整，经CAN总线收发器对CAN网络进行操作。

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WTB网络与CAN总线数据转换这一技术领域的空白。

(2)本实用新型通过了CAN网络产品例行试验项目，完成与国外CAN产品的一致性测试。

(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WTB产品的一致性测试。

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3是本实用新型中央处理器及其外围电路接口电路图；

图4是本实用新型WTB协议控制电路接口电路图；

图5是本实用新型CAN协议控制器及其外围电路接口电路图；

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WTB-CAN网关设备，包括核心处理电路、WTB协议控制电路、FPGA编解码处理器、WTB总线驱动器、FPGA逻辑处理器、CAN协议控制器、CAN隔离光耦和CAN总线收发器，其中的核心处理电路通过WTB协议控制电路生成HDLC报文，传送到FPGA编解码处理器转化生成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线上；同时它也将数据通过FPGA逻辑处理器生成地址数据复用信号，传送到CAN协议控制器中转化为链路层报文，通过CAN隔离光耦变成隔离的差分电平信号，经CAN总线收发器传送到CAN上去。

所述的核心处理电路是以32位中央处理器为核心的，外围配置FLASH、SDRAM、电源管理电路、复位电路、实时时钟和RS232协议控制器。其中所述的中央处理器选用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WTB协议控制电路插入的等待时间可达10us，因而处理器的访问速度保证了WTB协议控制电路对WTB总线数据的可靠接收和发送。

所述的WTB协议控制电路是WTB网络的核心部件，选用IS62C1024芯片、Zilog公司的Z8S180芯片和Z85230芯片，具有WTB高级设备功能；WTB总线驱动器是以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的，选用Ltc1485和ZVN2106GTA芯片，具有RS485差分信号收发及电平驱动功能；FPGA逻辑处理器是WTB网络的编解码器，选用Xilinx公司的XC2S30芯片，具有WTB总线编解码功能。

所述的CAN协议控制器是CAN网络的核心部件，选用SJA1000芯片，支持ISO11898规范；CAN总线收发器是以CAN驱动器为核心的，选用PCA82C250芯片，具有增强CAN总线驱动功能；CAN隔离光耦是对信号进行电气隔离，选用6N137器件，调整和整形电气信号。

Claims

1、一种WTB-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、SDRAM、电源管理电路、复位电路、实时时钟和RS232协议控制器的核心处理电路、以8位处理器和ESCC控制器为核心的WTB协议控制电路、以FPGA器件为核心的FPGA编解码处理器、以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的WTB总线驱动器、以FPGA器件为核心的FPGA逻辑处理器、以CAN独立协议芯片为核心的CAN协议控制器、以光耦为核心的CAN隔离光耦和以CAN驱动芯片为核心的CAN总线收发器；所述核心处理电路中的电源管理电路通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述电路中的所有芯片提供供电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址线异步访问FLASH，同时通过32根数据线和14根地址线同步访问SDRAM，完成程序的执行；WTB总线上的冗余差分数据信号通过两组信号线分别传送到WTB总线驱动器，经FPGA编解码处理器转化处理后，再存放于WTB协议控制电路IS62C1024芯片中；ARM7处理器NET+50芯片通过16根数据线、19根地址线和控制线互锁机制，优先访问IS62C1024芯片，并取得设备数据，再经CAN协议控制器SJA1000芯片把并行数据转化为串行数据，传送到CAN隔离光耦进行信号电气隔离，最后通过CAN总线收发器传送到CAN总线上形成CAN差分信号。