CN204392275U - 一种具有以太网接口的mvb总线数据侦听系统 - Google Patents

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苏钊颐
陈希隽
陈刚
宁韶安
李宏辉
李海玉
李兆新
申天亮
王长庚
陈慧莹
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Abstract

本实用新型提供了一种具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，包括：接口电路，与MVB总线连接；控制电路，与所述接口电路连接并将接收到的总线数据进行曼彻斯特解码；以太网接口，与所述控制电路连接，并将控制电路的数据传输给上位机。本实用新型提供的具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其能够实时获取列车的MVB数据并存储为数据文件，形成列车的运行状态库，为列车的调试、故障的诊断和检修提供数据支持。

Description

一种具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统
技术领域
本发明涉及一种具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统。
背景技术
TCN(Train Communication Network)是1999年IEC/TC9/WG22在ABB公司的MICAS、西门子公司的DIN43322和意大利的CD50等基础上制定的列车通信网络(TrainCommunication Network)国际标准，标准号为IEC61375，是列车上控制系统的关键技术，集计算机技术、检测控制技术、网络通信技术为一体。我国在2002年将TCN标准确立为正式的列车通信网络标准(TB/T3025)。
地铁列车的控制系统大多采用了符合IEC 61375标准的TCN网络。标准的TCN采用2级拓扑结构：列车总线采用WTB，车辆总线采用MVB，对于采用固定编组方式运行的地铁列车，其列车控制系统多采用MVB作为其单一总线结构，而不设置WTB总线，称为MVB-M。
SOPC(System On a Programmable Chip)是可编程芯片系统的缩写，就是在一个可编程芯片上实现一个电子系统的技术。SOPC是可编程逻辑器件技术和系统级芯片(SOC)技术发展与融合的产物，在一个芯片上集成了硬核或软核CPU、数字信号处理器(DSP)、存储器、外围I/O及可编程逻辑等，在应用的灵活性和价格上有很大的优势。
MVB网络的诊断系统是轨道交通车辆单位(机务段、车辆段、大修厂等)运用、维修中不可缺少的关键设备。随着车辆运营里程的增加，故障呈现多样性，诊断系统人机界面提供的信息是有限的，大量的数据信息被诊断系统“封装”了起来，愈来愈多的故障需要进行MVB网络底层的数据分析才能根本解决，车辆的调试、故障的检测、诊断、分析都离不开MVB总线分析设备。
发明内容
基于以上不足，本发明要解决的技术问题是提供一种具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其能够实时获取列车的MVB数据并存储为数据文件，形成列车的运行状态库，为列车的调试、故障的诊断和检修提供数据支持。
为解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，包括：
接口电路，与MVB总线连接；
控制电路，与所述接口电路连接并将接收到的总线数据进行曼彻斯特解码；
以太网接口，与所述控制电路连接，并将控制电路的数据传输给上位机。
进一步的，所述控制电路包括接收器、通用异步收发器、串行外设接口和单片机，所述接收器、通用异步收发器、串行外设接口和单片机依次连接。
进一步的，所述接收器还与存储器连接。
进一步的，所述接收器包括Avalon总线以及与所述Avalon总线连接的总线检测电路、先导帧检测解析电路、解码器、CPU、定时器和链路控制电路。
进一步的，所述CPU为Nios II CPU。
进一步的，所述总线检测电路为有限状态机。
进一步的，所述单片机为ARM单片机。
采用以上技术方案，本发明所取得的有益效果是：
(1)利用和结合FPGA和SOC各自优点的SOPC技术来实现MVB数据的接收功能；
(2)和上位机采用以太网接口，无需针对不同操作系统开发硬件的驱动程序，具有一定的灵活性和通用性；
(3)能够实时获取列车的MVB数据并存储为数据文件，形成列车的运行状态库，为列车的调试、故障的诊断和检修提供数据支持。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：
图1为本发明具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统的系统架构图；
图2为本发明具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统的接收器的架构图；
图3为本发明具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统的接收器的逻辑状态图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统的架构图，其包括接口电路1、控制电路和以太网接口6，接口电路1与MVB总线连接，控制电路与接口电路1连接并将接收到的总线数据进行曼彻斯特解码；以太网接口与控制电路连接，并将控制电路的数据传输给上位机。控制电路包括基于SOPC的接收器2、通用异步收发器7、串行外设接口5和单片机3。接收器2、通用异步收发器7、串行外设接口5和单片机3依次连接，接收器2还与存储器8连接，单片机3还通过以太网接口6与上位机4连接。接口电路1用于兼容列车上的传输介质，能够兼容EMD和ESD+两种传输介质接口方式；接收器2用于接收MVB总线数据并对接收到的数据进行曼彻斯特解码；单片机3用于接收MVB数据并打包发送给上位机4；上位机4采用c#语言编写，为便于现场处理数据，上位机4接收数据并将其存储为文本或EXCEL格式。单片机3采用TI公司的TM4C1294，为ARM单片机。单片机3和上位机4之间采用两种协议通讯，配置设备时采用传输控制协议/网际协议(TCP/IP)方式，上传数据则采用用户数据报协议，上传数据包括端口配置及数据，数据采用固定长度32字节发送，MVB数据超过32字节的，分成多包发送。工作中单片机3作为主设备，接收器2作为从设备。
如图2所示，MVB数据接收器2采用Altera公司的EP2C8系列可编程门阵列(FPGA)，利用SOPC技术，将MVB接收控制电路、中央处理单元(CPU)及其他模块共同集成在一片FPGA上。所述MVB数据接收器2包括与阿瓦隆总线(Avalon总线)连接的专用处理器和MVB IP软核处理器，所述专用处理器包括与Avalon总线连接的Nios II CPU201、MVB IP软核的Avalon接口、定时器202、链路控制模块203、UART核204和SPI核205；所述MVBIP软核处理器包括总线检测电路206，先导帧检测解析电路207、MVB解码器208、通信存储器209和总线接口。Nios II CPU中NIOS是ALTERA公司推出的32位RISC(精简指令集)嵌入式处理器的型号，II是系列号。
所述总线检测电路为有限状态机实现的序列检测电路，总线在空闲时处于高阻状态，当检测到下降沿时，即可判断一帧的开始。为了消除亚稳态，检测模块用16倍总线速率的时钟信号(24MHz)为采样时钟，其过程为：在检测到一个下降沿前，已经检测到至少8个高电平，紧接着，检测到8个低电平后，检测到一个上升沿就表明一帧的开始。
所述先导帧检测解析电路主要与工作帧同步，MVB总线数据的曼彻斯特编码有16个先导帧，所述先导帧检测解析电路主要与工作帧同步、解码出接收到的时钟信号并锁相。
所述解码单元依据解析出的时钟信号进行曼彻斯特解码，并进行CRC校验。
整个MVB数据接收器2的工作过程如下：
如图3所示，为MVB数据接收器2的逻辑状态图，整个模块采用了有限状态机来实现，所述状态机包含九个状态，其中Rec_t,Rec_t2、Rec_t3为过渡状态。总线检测电路检测到新的一帧数据开始后，给出使能信号，先导帧检测解析电路开始先导帧的接收及解析，然后接收帧头，根据解析出的数据编码进行主、从帧头识别，根据IEC61375-1中规定的主从帧头的定义来确定帧数据的长度并以此控制数据的接收。“Data_Rec”状态时根据确定出的数据帧的长度，进行解码接收，若为主帧，接收16位后转到校验序列接收状态；若为从帧，则根据最新接收到的主帧的功能码计算该帧的数据长度，判定是否接收完毕。“CRC校验”状态时接收校验码并将其与重新生成的校验序列进行对比，异常则报错。“Rec_End”状态时接收帧终止分界符，若接收到的电平序列与终止分界符不相符，则报帧长度错误。
所述系统的工作过程如下：根据列车MVB传输介质及网络拓扑图，选择EMD或ESD+接口；确定需要侦听的数据端口，编写配置文件下载到所述系统中；将所述系统串接入列车MVB网络，运行数据接收程序，接收并存储数据。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其特征在于，包括：
接口电路，与MVB总线连接；
控制电路，与所述接口电路连接并将接收到的总线数据进行曼彻斯特解码；
以太网接口，与所述控制电路连接，并将控制电路的数据传输给上位机。
2.根据权利要求1所述的具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其特征在于：所述控制电路包括接收器、通用异步收发器、串行外设接口和单片机，所述接收器、通用异步收发器、串行外设接口和单片机依次连接。
3.根据权利要求2所述的具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其特征在于：所述控制电路还包括存储器，所述存储器与所述接收器连接。
4.根据权利要求2或3所述的具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其特征在于：所述接收器包括Avalon总线以及与所述Avalon总线连接的总线检测电路、先导帧检测解析电路、解码器、CPU、定时器和链路控制电路。
5.根据权利要求4所述的具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其特征在于：所述CPU为Nios II CPU。
6.根据权利要求4所述的具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其特征在于：所述总线检测电路为有限状态机。
7.根据权利要求2所述的具有以太网接口的MVB总线数据侦听系统，其特征在于：所述单片机为ARM单片机。
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