隨著電子技術(shù)及分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的迅速發(fā)展,很多列車采用了通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),并實(shí)現(xiàn)了列車的控制系統(tǒng)智能化、信息化及網(wǎng)絡(luò)化.作為列車通信網(wǎng)絡(luò)重要組成的MVB,由于它的實(shí)時性好及通信率高等特點(diǎn).正越來越受到人們的關(guān)注,本文就MVB多協(xié)議通信網(wǎng)關(guān)的設(shè)計進(jìn)行了分析。

隨著我國高速鐵路的迅速發(fā)展,列車通信網(wǎng)絡(luò)已被廣泛地應(yīng)用在新型的列車上,其中,我國的和諧號動車組中就運(yùn)用了通信網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),作為列車通信網(wǎng)絡(luò)重要組成的通信網(wǎng)關(guān)MVB,也正在被越來越多的人所關(guān)注。

1TCN與MVB概述

TCN又稱為列車通信網(wǎng)絡(luò),是在列車的分布式控制系統(tǒng)上所發(fā)展起來的對列車控制及對信息數(shù)據(jù)診斷的通信網(wǎng)絡(luò)。TCN是專門給列車通信網(wǎng)絡(luò)所制定的標(biāo)準(zhǔn),具有可靠性、實(shí)時性及可管理性等特點(diǎn),這種技術(shù)得到了很多鐵路公司及供應(yīng)商的支持。TCN包括絞線式列車總線WTB及多功能列成總線MVB兩部分，其中,MVB是一種具有互操作及互換要求互連設(shè)備間串行的數(shù)據(jù)通信總線,是TCN的重要組成,現(xiàn)在車載沒備所應(yīng)用很多都是常用.工業(yè)接口,但這些設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用均需要經(jīng)過MVB工業(yè)接口才能掛到MVB總線上，現(xiàn)在很多網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能較為單”一,并不能支持無限局域網(wǎng)的相關(guān)傳輸方式,這對列車智能發(fā)展及開放性原則有著極大的影響,總線數(shù)據(jù)傳輸方式是有線,這限制了重要場所實(shí)時動態(tài)的獲取,并對設(shè)備及網(wǎng)關(guān)的物理連接帶來了不便。工業(yè)網(wǎng)關(guān)

2 MVB多協(xié)議通信網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)

·. MVB多協(xié)議通信網(wǎng)關(guān)主要包含MVB總線協(xié)議CAN總線、以太網(wǎng)、RS-232.RS-485及 Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)六種通信協(xié)議,要在一個網(wǎng)關(guān)里對這六種通信協(xié)議進(jìn)行有機(jī)融合是一件很困難的事情,但對它的研究還是很有必要的。其中,MVB總線協(xié)議的TCN在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上有二個層次,分別為列車WTB、設(shè)備及控制器總線及車輛級MVB,列車總線能夠?qū)α熊嚨能囄环较蚣拔恢眠M(jìn)行自動識別,并能夠傳輸可靠的數(shù)據(jù);其中,MVB總線的數(shù)據(jù)類型主要有以下三種:①源尋址并有周期廣播過程的數(shù)據(jù);②目的尋址并按需進(jìn)行傳輸?shù)南?shù)據(jù)，主要包括診斷信息及管理服務(wù)信息:③在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及初始化時所傳送的監(jiān)視數(shù)據(jù)。MVB總線的設(shè)備類型主要分為0~5六種類型的設(shè)備,但也可分為主設(shè)備和從設(shè)備,主設(shè)備是指在總線上能夠給從設(shè)備發(fā)送信息且可以進(jìn)行從幀發(fā)送權(quán)分配的設(shè)備。又可分為強(qiáng)主設(shè)備及弱主設(shè)備。實(shí)時協(xié)議RTP是MVB總線采取的種關(guān)鍵軟件處理機(jī)制，主要能夠提供兩種數(shù)據(jù)通訊服務(wù)是變量及消息,其層次結(jié)構(gòu)包括物理層﹑網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、鏈路層及會話層等。消息數(shù)據(jù)采用的是點(diǎn)對點(diǎn)進(jìn)行傳送的,通信流程可歸納為:發(fā)送方呼叫、建立連接、消息傳輸及接受者應(yīng)答。如表1所示:

3.1 MVB多協(xié)議網(wǎng)關(guān)硬件的總體設(shè)計

MVB多協(xié)議網(wǎng)關(guān)設(shè)計在硬件上可以分為六個模塊,主要包括核心系統(tǒng)基本通信﹑性能測試、人工交互、擴(kuò)展功能及仿真調(diào)試。其中,工作重點(diǎn)是核心電路的設(shè)計及基本通信功能接口電路的設(shè)計和調(diào)試,網(wǎng)關(guān)的總

線外設(shè)是通過中央處理器內(nèi)部集成的FSMC控制器進(jìn)行驅(qū)動的,作用是能夠?qū)HB系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù),地址及控制的信號轉(zhuǎn)換,從而滿足了不同外設(shè)時序的要求,FSMC把外部儲存器分成了四個256M字節(jié)的存儲塊，地址空間為Ox60000000-Ox6FFFFFFF的存儲塊又可被分為四個相同存儲區(qū),每個存儲區(qū)里都有專用片選信號,為了使每個區(qū)內(nèi)的速度一致,并避免FSMC配置不停地來回切換，可把外部的SRAM.SSMV62AD及SSMV62AD的快速設(shè)備存儲到了存儲塊前三個的存儲區(qū)里。

如表2所示,外部擴(kuò)展運(yùn)用的是低功耗的存儲芯片,能夠?qū)τ脩魯?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行存儲,同時支持字節(jié)訪問和待機(jī)模式,它的訪問速度很快且不用進(jìn)行刷新操作,它還是由512K的16bit單元構(gòu)成的,并用19根地址總線和16根數(shù)據(jù)總線來尋址及讀寫操作。外擴(kuò)展NORFLASH芯片主要是在存儲系統(tǒng)的應(yīng)用程序中進(jìn)行應(yīng)用，所采用的也是16位的訪問模式。在基本的通信電路中，主要包含MVB板卡的驅(qū)動電路器、RS-485接口電路、CAN現(xiàn)場總線電路.wi-Fi板卡接口電路器及RS-232通信電路,其中,MVB板卡有8位數(shù)據(jù)的訪問模式,并支持調(diào)試、并行、串行、及生產(chǎn)這四種模式，還允許EMD及 ESD的物理介質(zhì)通信形式,S--MOEDO是用來選擇MVB中的物理層接口,S-MOED[2:1]用來選擇MVB的工作模式,為了避免意外信號的沖突,將S-MOED[2:0]的硬件連接到地上,并用EMD進(jìn)行通信。為了調(diào)試及測試的方便;MVB多協(xié)議網(wǎng)關(guān)還設(shè)計了外部5V直流電源及PC機(jī)的供電方式，均是通過S901開關(guān)來切換的,其中,系統(tǒng)電源是運(yùn)用兩個低壓差的穩(wěn)壓芯片來分立設(shè)計,這樣可以有效地淘足不同的功能電路對工作電流的不同需要,還減少了它們之間的相互十?dāng)_。MVB多協(xié)議通信網(wǎng)關(guān)還可以運(yùn)用PCB進(jìn)行設(shè)計,它的流程能夠概括為:原理圖的設(shè)計、器件的布局.電氣布線﹑淚滴添加、銅層放置及規(guī)則檢測。為了有效地節(jié)省電路板的加工費(fèi)用,PCB采用了雙面板來沒計,它的設(shè)計過程是運(yùn)用了原理圖自下而上的設(shè)計方式,將各器什及模塊按照功能分成9組,再進(jìn)行電路圖的設(shè)計,依據(jù)頂層原理,把這九個分立圖紙用電氣給連接起來,由于器件,插件及干擾源的靠近原則,可以運(yùn)用PCB板的人工學(xué)及高度空間來布局,電源布線需要運(yùn)用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來保持電流的走向相同,從而避免回流的產(chǎn)生,元器件的地線需要銅層與電源直接進(jìn)行連接,而大電流器件則需要單獨(dú)的連接。為了減少信號噪聲且保證頂層及底層地線接觸良好，可敷銅成雙層的鋪地平面,但在這個過程里,為了減少死銅區(qū)域,可以放置大量的數(shù)字地過孔來修正和完善,功能電路采取的是屏蔽走線環(huán)繞方式。