CN212220202U - 一种飞行列车牵引控制系统多功能背板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，所述背板包括系统板槽、交换板槽、功能板槽和电源板槽，所述电源板槽分别与所述系统板槽、所述交换板槽和所述功能板槽电连接；所述背板兼容多种通信总线，所述通信总线包括CPCIe总线、LVDS总线、以太网总线、CAN总线、485总线和I²C总线，其中，所述系统板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述交换板槽电连接；所述交换板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述功能板槽电连接；所述系统板槽通过所述LVDS总线或所述CAN总线或所述485总线或所述I²C总线与所述功能板槽电连接。本实用新型能够解决现有技术中背板通信速率低、支持的总线种类少和采用并行总线导致的利用率低的技术问题。

Description

一种飞行列车牵引控制系统多功能背板

技术领域

本实用新型涉及高速磁悬浮飞行列车牵引控制技术领域，尤其涉及一种飞行列车牵引控制系统多功能背板。

背景技术

高速磁悬浮飞行列车(以下简称飞行列车)是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。

牵引控制系统是飞行列车电磁推进系统的控制核心，主要承担系统管理功能、系统信息存取功能、高速数据处理功能、高速信号处理功能、高速信息通信功能、逻辑控制功能、变流控制功能、离散量输入输出功能、模拟量输入输出功能等，而多功能背板则是上述所有功能板的结构支撑、电气互联、数据交互的公共平台，是整个控制系统的基础。

在现有技术中，传统的轨道交通牵引控制器一般采用ISA、VME、CPCI、自定义总线等并行总线作为牵引控制器的背板总线架构，经过不同的功能板卡组合控制系统具有一定的扩展性，但灵活性有限，通信速率较低，无法达到5Gbps以上，不能胜任更高速数据交互需求，而且上述通信总线为并行通信总线，占用背板资源较多，背板利用率较低。

现有牵引控制器技术缺陷主要表现为以下三方面：一是背板最高通信速率较低，未达到5Gbps以上，在高速大数据传输应用时受限；二是背板支持的总线种类少，功能板卡必须支持复杂的高级总线，成本高且灵活性差；三是并行总线占用背板连接线多，占用较多硬件资源，致使背板利用率低。

发明内容

本实用新型提供了一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，能够解决现有技术中背板通信速率低、支持的总线种类少和采用并行总线导致的利用率低的技术问题。

本实用新型提供了一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，所述背板包括系统板槽、交换板槽、功能板槽和电源板槽，所述电源板槽分别与所述系统板槽、所述交换板槽和所述功能板槽电连接；所述背板兼容多种通信总线，所述通信总线包括CPCIe总线、LVDS总线、以太网总线、CAN总线、485总线和I²C总线，其中，所述系统板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述交换板槽电连接；所述交换板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述功能板槽电连接；所述系统板槽通过所述LVDS总线或所述CAN总线或所述485总线或所述I²C总线与所述功能板槽电连接。

优选的，所述系统板槽包括2个互为主备的系统板槽位，所述交换板槽包括1个交换板槽位，所述功能板槽包括14个功能板槽位，所述电源板槽包括2个互为主备的电源板槽位，每一个电源板槽位的宽度为每一个功能板槽位宽度的2倍。

优选的，所述CPCIe总线采用树形拓扑结构，所述LVDS总线采用网形拓扑结构，所述以太网总线采用星形拓扑结构，所述CAN总线、所述485总线和所述I²C总线均采用总线形拓扑结构。

优选的，所述交换板槽内安装具有CPCIe外设和以太网外设的交换板。

优选的，所述系统板槽内安装具有CPCIe根节点外设、LVDS外设、以太网外设，CAN外设、485外设和I²C外设的系统板。

优选的，所述电源板槽内安装有为所述系统板槽、所述交换板槽和所述功能板槽供电的电源板。

优选的，所述功能板槽内安装具有CPCIe外设、LVDS外设、以太网外设，CAN外设、485外设或I²C外设中的任一种外设的功能板。

优选的，所述背板还包括预留功能扩展区域。

优选的，所述背板采用分区设计，自上而下分别为：所述预留功能扩展区域、所述485总线、所述CAN总线、所述LVDS总线、所述以太网总线、所述I²C总线、所述CPCIe总线和电源平面。

应用本实用新型的技术方案，该多功能背板支持高速的CPCIe总线，使背板通信速率不低于5Gbps，能够满足高性能CPU与外设间高速大数据量信息交互需求；该多功能背板还支持LVDS总线，用于FPGA与FPGA(或CPLD)或者CPLD与FPGA(或CPLD)之间直接进行高速数据传递；该多功能背板还支持以太网总线，用于微处理器间大数据量信息交互；该多功能背板还支持CAN总线和485总线，用于微处理器间低速数据交互；该多功能背板还支持I²C总线，用于电源管理或芯片间信息传递。上述总线覆盖系统板和全部功能板，实现了板卡间不同传输速率，多种类型的数据交互。另外，上述CPCIe总线、LVDS总线和以太网总线均为串行通信方式，所需连接线较并行通信线数量少，可充分利用背板资源，从而解决了传统牵引控制器背板通信速率低，灵活性差和利用率低的问题。

附图说明

所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本实用新型一种实施例的多功能背板槽位布局图；

图2示出了根据本实用新型一种实施例的标准6U多功能背板端子布局图；

图3示出了根据本实用新型一种实施例的多功能背板总线连接图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供了一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，所述背板包括系统板槽、交换板槽、功能板槽和电源板槽，所述电源板槽分别与所述系统板槽、所述交换板槽和所述功能板槽电连接；所述背板兼容多种通信总线，所述通信总线包括CPCIe总线、LVDS总线、以太网总线、CAN总线、485总线和I²C总线，其中，所述系统板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述交换板槽电连接；所述交换板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述功能板槽电连接；所述系统板槽通过所述LVDS总线或所述CAN总线或所述485总线或所述I²C总线与所述功能板槽电连接。

本实用新型的多功能背板支持高速的CPCIe总线，使背板通信速率不低于5Gbps，能够满足高性能CPU与外设间高速大数据量信息交互需求；该多功能背板还支持LVDS总线，用于FPGA与FPGA(或CPLD)或者CPLD与FPGA(或CPLD)之间直接进行高速数据传递；该多功能背板还支持以太网总线，用于微处理器间大数据量信息交互；该多功能背板还支持CAN总线和485总线，用于微处理器间低速数据交互；该多功能背板还支持I²C总线，用于电源管理或芯片间信息传递。上述总线覆盖系统板和全部功能板，实现了板卡间不同传输速率，多种类型的数据交互。另外，上述CPCIe总线、LVDS总线和以太网总线均为串行通信方式，所需连接线较并行通信线数量少，可充分利用背板资源，从而解决了传统牵引控制器背板通信速率低，灵活性差和利用率低的问题。

根据本实用新型的一种实施例，所述系统板槽包括2个互为主备的系统板槽位，所述交换板槽包括1个交换板槽位，所述功能板槽包括14个功能板槽位。所述电源板槽包括2个互为主备的电源板槽位，每一个电源板槽位的宽度为每一个功能板槽位宽度的2倍。

在本实施例中，所述背板采用双系统板控制架构，控制系统采取冗余措施，增强系统可靠性；采用双电源板供电架构，供电采取冗余措施，增强系统供电可靠性。本实施例中的背板共设置有21个槽位宽度，每一个系统板槽位、交换板槽位和功能板槽位均占用一个槽位宽度，每一个电源板槽位占用两个槽位宽度。

根据本实用新型的一种实施例，所述交换板槽内安装具有CPCIe外设和以太网外设的交换板，例如，安装具有专用的CPCIe交换芯片和以太网交换芯片的交换板，该交换板用于完成CPCIe数据交互和以太网数据交互。

所述系统板槽内安装具有CPCIe根节点外设、LVDS外设、以太网外设，CAN外设、485外设和I²C外设的系统板，例如，安装具有高性能处理器和大容量存储器的系统板，该系统板主要完成信息汇总、信息处理、信息存取、信息分发和系统管理。

所述电源板槽内安装有为所述系统板槽、所述交换板槽和所述功能板槽供电的电源板。所述功能板槽内安装具有CPCIe外设、LVDS外设、以太网外设，CAN外设、485外设或I²C外设中的任一种外设的功能板。

根据本实用新型的一种实施例，所述背板还包括预留功能扩展区域。

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型的技术方案进行具体说明。

实施例一

图1示出了根据本实用新型一种实施例的多功能背板槽位布局图。如图1所示，该背板共有21个槽位宽度，每一个系统板槽位、交换板槽位和功能板槽位均占用一个槽位宽度，每一个电源板槽位占用两个槽位宽度。自左至右第一槽位和第二槽位是系统板槽位，第三槽位至第八槽位是功能板槽位，第九槽位是交换板槽位，第十槽位至第十七槽位是功能板槽位，第十八槽位至第二十一槽位是电源板槽位。

在各个槽位中，系统板槽位主要利用CPCIe总线、LVDS总线、以太网总线、CAN总线、485总线和I²C总线配合系统板完成系统管理功能、系统信息存取功能、高速数据处理功能、高速信息通信功能。出于安全考虑，设置两个系统板槽位互为主备，当其中一个系统板出现故障后另一个系统板接管其全部功能。

交换板槽位可以通过CPCIe总线分别与系统板槽位和具有CPCIe总线的功能板槽位进行电连接，从而实现系统板和具有CPCIe总线的功能板之间端到端的数据交互；还可以通过以太网总线分别与系统板槽位和具有以太网总线的功能板槽位进行电连接，从而实现系统板和具有以太网总线的功能板之间完成无冲突的数据传输。

功能板槽位为通用槽位，可支持多种类型的功能板卡。在牵引控制系统中主要包含数字量板卡、模拟量板卡、光纤控制板卡、光纤通信板卡、变流控制板卡和总线通信板卡，这些板卡分别插在多功能背板的功能板槽位中，利用多功能背板中的CPCIe总线、LVDS总线、以太网总线、CAN总线、485总线和I²C总线进行多种类型数据交互，可完成离散量输入输出功能、模拟量输入输出功能、高速信号处理功能、高速信息通信功能、逻辑控制功能和变流控制功能等，进而完成牵引控制系统的控制需求。

实施例二

图2示出了根据本实用新型一种实施例的标准6U多功能背板端子布局图。本实施例在实施例一的基础上，提供了一种6U多功能背板端子布局，该端子布局符合PICMGEXP.0CompactPCI Express Specification技术标准。

如图2所示，本实施例中的系统板槽位和各功能板槽位自下而上分别是XSJ1、XSJ2、XSJ3、XSJ4、XSJ5、XSJ6和XSJ7。其中，XSJ1称作UPM端子，为电源平面，用于为各板卡槽位提供电源；XSJ2和XSJ3称作ADF端子，主要用作布置高速的CPCIe总线，用于为系统板槽位和各功能板槽位提供高达5Gbps的高速差分信号传输通道；XSJ3中还布置I²C总线，可用于电源管理总线或作为其他板卡芯片之间直接信息传递通道；XSJ4称作eHM端子，主要布置以太网总线，用于为系统板槽位和各功能板槽位提供100Mbps的高速以太网传输通道；XSJ5称作HM-TypeB端子，XSJ6称作HM-TypeA端子，主要布置LVDS总线，为具有LVDS外设的板卡提供不低于200Mbps的高速差分信号传输通道，该LVDS总线为网形拓扑(full mesh)结构，覆盖任意功能板槽位和系统板槽位，可使任意两块功能板、任意两块系统板、任意系统板和功能板，无需经过中继或总线仲裁，实现信息直达；XSJ6还布置485总线和CAN总线接口，用于为具有485外设和CAN外设的系统板卡或功能板卡提供低速数据交互能力；XSJ7称作HM-TypeB端子，主要布置预留功能扩展区域，用作自定义使用，可根据不同控制领域需求进行定制化设计。

交换板槽位自下而上分别是XSJ1、XSP2、XSP3、XSP4、XSP5、XSP6、XSP7、XSP8和XSP9。其中，XSJ1称作UPM端子，为电源平面，用于为交换板槽位提供电源；XSP2～XSP9称作ADF端子，主要布置CPCIe高速总线和以太网总线，用于为系统板槽位和各功能板槽位提供高速信号传输通道。

实施例三

图3示出了根据本实用新型一种实施例的多功能背板总线连接图。本实施例在实施例二的基础上，提供了一种多功能背板总线连接图。

如图3所示，本实施例中，背板采用分区设计，自上而下分别为：预留功能扩展区域、485总线、CAN总线、LVDS总线、以太网总线、I²C总线、CPCIe总线和电源平面。

电源平面采用+12V、+5V、+3.3V三种电压等级，该电源板槽位分别与每一个系统板槽位、功能板槽位和交换板槽位电连接，从而实现电源板为每一块系统板、功能板和交换板提供电源。

I²C总线为低速总线，采用总线形拓扑结构，覆盖系统板槽位和全部功能板卡槽位，主要适用于含微处理器的板卡之间进行低速数据交互，还可用于电源管理。

CPCIe总线为高速总线，采用树形拓扑结构，点对点连接，以系统板槽位为根节点，在交换板槽位完成数据交换，覆盖系统板槽位和全部功能板槽位，主要适用于系统板、含CPCIe外设的功能板和交换板之间进行高速大数据量实时交互。

LVDS总线采用网形拓扑(Full Mesh)结构，覆盖系统板槽位和全部功能板槽位，系统板槽位和功能板槽位上安装的任意两块板卡均通过LVDS总线相互连接，主要适用于含LVDS外设的板卡之间直接进行高速传递。

CAN总线为低速总线，采用总线形拓扑结构，覆盖系统板槽位和全部功能板槽位，主要适用于含CAN总线的板卡之间进行低速数据交互。

485总线为低速总线，采用总线形拓扑结构，覆盖系统板槽位和全部功能板槽位，主要适用于含485总线的板卡之间进行低速数据交互。

预留功能扩展区域，此部分连接器用作自定义使用，可根据不同控制领域需求进行定制化设计。

本实用新型以树形拓扑结构的高速CPCIe总线作为系统高速总线的基础，可支持具有高性能CPU与高速外设间进行高速大数据量信息交互需求，数据通信速率不低于5Gbps；以网形拓扑结构的LVDS总线作为各板卡间高速信息直接交互的纽带，支持具有FPGA与FPGA(或CPLD)或者CPLD与FPGA(或CPLD)之间直接进行高速数据传递，数据传输速率不低于200Mbps；以星形拓扑结构的以太网总线作为板卡间组网和大数据量信息传递的补充，支持各类处理器间进行组网和大数据量信息交互；支持CAN低速总线和485低速总线，采用总线型拓扑，用于微处理器间低速数据交互。此外多功能背板还支持I²C总线，采用总线型拓扑，可用于电源管理或芯片间信息传递。

本实用新型通过上述实施例中的背板槽位布局和总线布局，解决了传统牵引控制器背板通信速率低，灵活性差和利用率低的问题，多功能背板可支持系统板和各种功能板，可实现牵引控制系统所需的系统控制、高速数据处理、变流实时控制、逻辑控制、存储等多种功能。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述背板包括系统板槽、交换板槽、功能板槽和电源板槽，所述电源板槽分别与所述系统板槽、所述交换板槽和所述功能板槽电连接；所述背板兼容多种通信总线，所述通信总线包括CPCIe总线、LVDS总线、以太网总线、CAN总线、485总线和I²C总线，其中，所述系统板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述交换板槽电连接；所述交换板槽通过所述CPCIe总线或所述以太网总线与所述功能板槽电连接；所述系统板槽通过所述LVDS总线或所述CAN总线或所述485总线或所述I²C总线与所述功能板槽电连接。

2.根据权利要求1所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述系统板槽包括2个互为主备的系统板槽位，所述交换板槽包括1个交换板槽位，所述功能板槽包括14个功能板槽位，所述电源板槽包括2个互为主备的电源板槽位，每一个电源板槽位的宽度为每一个功能板槽位宽度的2倍。

3.根据权利要求1所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述CPCIe总线采用树形拓扑结构，所述LVDS总线采用网形拓扑结构，所述以太网总线采用星形拓扑结构，所述CAN总线、所述485总线和所述I²C总线均采用总线形拓扑结构。

4.根据权利要求3所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述交换板槽内安装具有CPCIe外设和以太网外设的交换板。

5.根据权利要求3所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述系统板槽内安装具有CPCIe根节点外设、LVDS外设、以太网外设，CAN外设、485外设和I²C外设的系统板。

6.根据权利要求3所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述电源板槽内安装有为所述系统板槽、所述交换板槽和所述功能板槽供电的电源板。

7.根据权利要求3所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述功能板槽内安装具有CPCIe外设、LVDS外设、以太网外设，CAN外设、485外设或I²C外设中的任一种外设的功能板。

8.根据权利要求1所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述背板还包括预留功能扩展区域。

9.根据权利要求8所述的一种飞行列车牵引控制系统多功能背板，其特征在于，所述背板采用分区设计，自上而下分别为：所述预留功能扩展区域、所述485总线、所述CAN总线、所述LVDS总线、所述以太网总线、所述I²C总线、所述CPCIe总线和电源平面。

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