專利名稱：Tcn網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及國際列車通訊網(wǎng)絡(luò)(TCN)標(biāo)準(zhǔn)正C61375-1 ，為TCN列車通訊 網(wǎng)絡(luò)中最高級別的通訊設(shè)備，向下兼容MVB車輛總線和WTB列車總線，廣泛應(yīng) 用于包括高速列車、EMU動(dòng)車組、DMU動(dòng)車組、有軌電車、地鐵、客車等各種 軌道車輛。
技術(shù)背景國際列車通訊網(wǎng)絡(luò)(TCN)標(biāo)準(zhǔn)正C61375-1是在充分考慮列車的實(shí)際應(yīng)用要 求，在廣泛征求世界各國鐵路制造商、運(yùn)營商等用戶意見的基礎(chǔ)上，專門針對 軌道車輛制定的，是當(dāng)前國內(nèi)外列車網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的主流，該標(biāo)準(zhǔn)也是目前中 國鐵路推薦使用的網(wǎng)絡(luò)通訊標(biāo)準(zhǔn)。在TCN列車通訊網(wǎng)絡(luò)中，TCN網(wǎng)關(guān)設(shè)備是最高級別的設(shè)備。目前國內(nèi)在 TCN技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)上還落后于國外很多，特別是對于TCN網(wǎng)關(guān)這樣的高端核 心設(shè)備，因技術(shù)難度大，研發(fā)周期長， 一直依賴進(jìn)口。該設(shè)備的缺失是制約國 產(chǎn)化TCN網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的關(guān)鍵因素。TCN網(wǎng)絡(luò)采用MVB+WTB兩級總線網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖Dl所示。其中MVB負(fù)責(zé)車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)通訊，WTB負(fù)責(zé)列車 車輛間的數(shù)據(jù)通訊。按照網(wǎng)絡(luò)通訊功能進(jìn)行劃分，TCN網(wǎng)絡(luò)主要包括5類設(shè)備， 其中O類設(shè)備為中繼器，1、 2、 3、 4類為MVB設(shè)備，TCN網(wǎng)關(guān)為5類設(shè)備，也是 最核心的設(shè)備，技術(shù)上向下兼容0 5級各類設(shè)備。各類設(shè)備性能如下表所示。o類設(shè)備具有總線數(shù)據(jù)的再生和放大能力，用于延長傳輸距離或者連接兩個(gè)不同物理介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。l類設(shè)備具有過程數(shù)據(jù)通訊和設(shè)備狀態(tài)輪詢能力2類設(shè)備具有設(shè)備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據(jù)通訊和消息數(shù)據(jù)通訊能力3類設(shè)備具有設(shè)備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據(jù)通訊、消息數(shù)據(jù)通訊和用戶可編程能力。4類設(shè)備具有設(shè)備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據(jù)通訊、消息數(shù)據(jù)通訊和總線管理能力5類設(shè)備具有設(shè)備狀態(tài)輪詢、過程數(shù)據(jù)通訊、消息數(shù)據(jù)通訊、總線管理和網(wǎng)關(guān)路由功能。本實(shí)用新型的目的在于提供一種包含TCN網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的全部內(nèi)容，在網(wǎng) 絡(luò)控制系統(tǒng)中負(fù)責(zé)MVB和WTB數(shù)據(jù)總線間的數(shù)據(jù)路由傳輸?shù)腡CN網(wǎng)關(guān)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種TCN網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括MCB模塊和WTB模塊，其中所述的MCB 模塊由32位中央處理器、MVB單元、MVBCS01協(xié)議控制器和外圍電路組成，提 供運(yùn)行TCN網(wǎng)絡(luò)管理軟件、實(shí)時(shí)協(xié)議桟軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺(tái)； 所述的WTB模塊由8位CPU處理器、WTBC協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供 WTB鏈路軟件的運(yùn)行平臺(tái)；MCB模塊與WTB模塊之間通過內(nèi)部并行總線連接， 總線由地址信號(hào)線、數(shù)據(jù)信號(hào)線和控制信號(hào)線組成；MCB模塊主處理器通過該 內(nèi)部并行總線發(fā)送地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)來控制WTB模塊，并完成與WTB模塊 處理器進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換；PW電源模塊通過背板接口電路給MCB模塊和WTB模 塊供電。所述的MCB模塊中的32位CPU微處理器由芯片Net+50構(gòu)成，其外圍電路包 括萬年歷及主板監(jiān)控電路、看門狗電路、232串行通訊口及以太網(wǎng)通訊口電路和 存貯器電路，提供CPU板的溫度和萬年歷時(shí)間，監(jiān)控系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)行、提 供目標(biāo)板與上位機(jī)的串口通訊功能以及通過以太網(wǎng)通訊接口支持10M/100M兩 種通訊模式和/或?yàn)橄到y(tǒng)提供數(shù)據(jù)運(yùn)行和存貯空間。所述的MVBCS01協(xié)議控制器由MVBCS01通訊控制器芯片構(gòu)成，其接口電 路支持MVB底層鏈路功能，支持MAU實(shí)現(xiàn)MVB物理層功能，負(fù)責(zé)MVB數(shù)據(jù)的 收發(fā)。所述的內(nèi)部并行總線電路負(fù)責(zé)WTB板和MCB板間的地址線、數(shù)據(jù)線和控制 線的數(shù)據(jù)緩沖和電平轉(zhuǎn)換，提供兩板間的并行數(shù)據(jù)通訊通道。所述的WTB模塊由8位CPU處理器、外部存貯器電路、MAU接口和HDLC 控制器組成，其中所述的HDLC控制器負(fù)責(zé)將來自WTB總線的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 CPU需要的并行數(shù)據(jù)，并通過DMA方式與CPU進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的提出，突破了制約我國列車通訊網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)的關(guān)鍵，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，為實(shí)現(xiàn)多種軌道車輛網(wǎng)絡(luò)通訊的標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基 礎(chǔ)。


本實(shí)用新型有7張附圖，其中 圖1是TCN網(wǎng)關(guān)的拓?fù)鋱D；圖2是MCB模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖； 圖3是WTB模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖； 圖4是MCB模塊內(nèi)部并行總線接口電路圖； 圖5是MVBCS協(xié)議控制器接口電路圖； 圖6是MVB模塊的MAU介質(zhì)接口電路圖； 圖7是WTB模塊內(nèi)部并行總線接口電路圖。 圖2是本實(shí)用新型的說明書摘要附圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的TCN網(wǎng)關(guān)是TCN兩級網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中最高級別的設(shè)備，其中 硬件部分由MCB模塊和WTB模塊組成MCB模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。該模塊包括MVB單元和中央處理單元， 是運(yùn)行TCN網(wǎng)絡(luò)管理軟件、實(shí)時(shí)協(xié)議棧軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺(tái)。 包括內(nèi)部并行總線電路，MVBCS01協(xié)議控制器接口電路，MVB的MAU介質(zhì)單 元，以及其它通用電路，包括外部存儲(chǔ)器電路、萬年歷及主板監(jiān)控電路、看門 狗電路、232串行通訊電路和以太網(wǎng)通訊電路。WTB模塊，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，是運(yùn)行WTB鏈路軟件的硬件平臺(tái)，包 括外部存儲(chǔ)器電路、HDLC控制器電路、WTB的MAU介質(zhì)電路、WTBC協(xié)議控 審!j器電路。WTB模塊和MCB模塊是通過內(nèi)部并行總線接口進(jìn)行兩個(gè)模塊間的內(nèi)部數(shù) 據(jù)通訊的，通訊數(shù)據(jù)信息主要包括WTB源、宿端口的過程數(shù)據(jù)，WTB的監(jiān)視數(shù) 據(jù)和消息數(shù)據(jù)等。MCB模塊內(nèi)部總線并行接口電路如圖4所示，WTB模塊內(nèi)部 并行總線接口電路如圖7所示。MVBCS01芯片是最新版的MVBC協(xié)議控制器，其功能是負(fù)責(zé)完成MVB鏈路 層底層的一系列功能，包括總線管理、消息數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)通訊、 主權(quán)轉(zhuǎn)移、總線偵聽等功能。該芯片及其附屬電路及跟CPU接口電路如圖5所示。 MVB模塊的MAU介質(zhì)接口電路是MVB數(shù)據(jù)幀的收發(fā)物理通道，本設(shè)計(jì)支持兩種 模式的物理介質(zhì)， 一種是ESD+， 一種是EMD?？筛鶕?jù)應(yīng)用的需要選擇適合的介 質(zhì)類型。該接口電路如圖6所示。 其工作原理說明如下網(wǎng)關(guān)硬件系統(tǒng)是TCN協(xié)議棧軟件的運(yùn)行平臺(tái)，由MCB模塊、WTB模塊、PW 電源模塊組成。其中MCB模塊由CPU中央處理單元和MVB單元組成，中央處理 單元在Nucleus實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持下運(yùn)行TCN協(xié)議棧軟件和用戶級應(yīng)用軟件， MVB單元負(fù)責(zé)MVB數(shù)據(jù)的收發(fā)并支持鏈路層的底層功能。WTB模塊運(yùn)行WTB 鏈路軟件，負(fù)責(zé)WTB數(shù)據(jù)的收發(fā)并支持WTB鏈路的底層功能。WTB模塊與MCB 模塊通過內(nèi)部并行總線連接，用以兩個(gè)模塊間的數(shù)據(jù)交換。 1、 MCB模塊該模塊包括MVB單元和CPU中央處理單元，是運(yùn)行實(shí)時(shí)協(xié)議棧軟件和MVB 鏈路軟件的硬件平臺(tái)。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。該模塊的主CPU芯片為Net+50微控制器，該控制器采用ARM7TDMI內(nèi)核， 為32位高性能嵌入式RISC處理器，最高主頻為130MHz，采用3級指令流水線， 使用單一32位數(shù)據(jù)總線傳送指令和數(shù)據(jù)，對存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)訪問支持8位、16位、 32位。并帶有如下資源10/100BaseTEthernet接口、 IO個(gè)通道的DMA控制器、 2個(gè)完全獨(dú)立的HDLC/UART/SPI串行口等。1) 通用外圍電路包括萬年歷及主板監(jiān)控由芯片DS1629負(fù)責(zé)，提供CPU板的溫度和萬年歷時(shí)間?？撮T狗電路由芯片IMP706及外圍電路實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件正常運(yùn)行時(shí)，定時(shí)刷 新看門狗。若系統(tǒng)軟件故障，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有刷新看門狗，則看門狗電路 發(fā)出復(fù)位信號(hào)，系統(tǒng)復(fù)位并重新運(yùn)行。232串行通訊口提供目標(biāo)板與上位機(jī)的串口通訊服務(wù)功能。以太網(wǎng)通訊口提 供標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊接口，支持10M/100M兩種通訊模式。存儲(chǔ)器模塊包括16M的SDRAM，為上電后的程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，8M 的Flash，其中4M為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)空間，4M為系統(tǒng)配置程序和用戶程序存儲(chǔ)空 間。2) 內(nèi)部總線接口電路負(fù)責(zé)WTB板和MCB板間地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的數(shù) 據(jù)緩沖和電平轉(zhuǎn)換，提供兩個(gè)板間的并行數(shù)據(jù)通信通道。3) MVBCS01接口電路負(fù)責(zé)MVBCS01協(xié)議控制器電路支持MVB底層鏈路功能；MAU實(shí)現(xiàn)MVB物理層 功能，負(fù)責(zé)MVB數(shù)據(jù)的收發(fā)；MVBCS01協(xié)議控制器負(fù)責(zé)MVB協(xié)議中鏈路層以下的功能，負(fù)責(zé)信號(hào)質(zhì)量、 碰撞、閑聊監(jiān)測；支持多種主幀發(fā)送方式，可通過MFS主幀槽寄存器發(fā)送單個(gè) 主幀，也可通過建立主幀表自動(dòng)或者定時(shí)發(fā)送主幀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)總線管理功能； 有4095個(gè)邏輯端口，具有宿端口刷新超時(shí)檢測能力。該模塊的協(xié)議控制器芯片為MVBCSOl通訊控制器是針對機(jī)車車輛級網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)的專用芯片，由Siemens研發(fā)， 負(fù)責(zé)MVB協(xié)議中鏈路層以下的功能，具有以下主要特點(diǎn)① 支持過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)(事件仲裁、設(shè)備狀態(tài)輪詢、主權(quán) 轉(zhuǎn)移功能)的傳輸，并具有總線管理和監(jiān)視功能；② 采用曼徹斯特編碼方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為1.5MHZ，具有信號(hào)質(zhì)量、碰撞、 閑聊監(jiān)測功能，有4095個(gè)邏輯端口和設(shè)備端口；③ 支持位模式數(shù)據(jù)強(qiáng)制，自動(dòng)數(shù)據(jù)比較機(jī)制；④ 支持總線管理功能，支持多種主幀發(fā)送方式，可通過MFS主幀槽寄存器 發(fā)送單個(gè)主幀，也可通過建立主幀表自動(dòng)或者定時(shí)發(fā)送主幀。另外，MVBCS01還有宿端口刷新超時(shí)檢測能力，有兩個(gè)通用定時(shí)器，能提供多個(gè)中斷矢量，以方便實(shí)現(xiàn)諸如設(shè)備狀態(tài)輪詢、主權(quán)轉(zhuǎn)移等功能。 4)MAU介質(zhì)電路MVB-MAU通道電路負(fù)責(zé)MVB數(shù)據(jù)收發(fā)驅(qū)動(dòng)，支持雙線冗余功能，可根據(jù) 實(shí)際需要采用ESD+，EMD雙絞線。 2、 WTB模塊WTB模塊是運(yùn)行WTB鏈路軟件的硬件平臺(tái)，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 其中CPU為8位處理器，負(fù)責(zé)運(yùn)行WTB鏈路軟件，由于WTB鏈路軟件結(jié)構(gòu)較 清晰，此處無需實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持。其中，外部存儲(chǔ)器配置為128K的SRAM和 128K的flash; HDLC控制器負(fù)責(zé)將來自WTB總線的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成CPU需要的并 行數(shù)據(jù)，并通過DMA方式與CPU進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換；WTB MAU接口收發(fā)WTB 總線數(shù)據(jù)，采用雙線冗余以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的可靠性；FPGA芯片負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) WTB通訊控制器功能，包括曼徹斯特編碼譯碼功能(通訊速率為lMbit/sec)、主輔 通道切換功能、信號(hào)品質(zhì)監(jiān)視功能、冗余信道切換功能等。
權(quán)利要求1. 一種TCN網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括MCB模塊和WTB模塊，其中所述的MCB模塊由32位中央處理器、MVB單元、MVBCS01協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供運(yùn)行TCN網(wǎng)絡(luò)管理軟件、實(shí)時(shí)協(xié)議棧軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺(tái)；所述的WTB模塊由8位CPU處理器、WTBC協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供WTB鏈路軟件的運(yùn)行平臺(tái)；MCB模塊與WTB模塊之間通過內(nèi)部并行總線連接，總線由地址信號(hào)線、數(shù)據(jù)信號(hào)線和控制信號(hào)線組成；MCB模塊主處理器通過該內(nèi)部并行總線發(fā)送地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)來控制WTB模塊，并完成與WTB模塊處理器進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換；PW電源模塊通過背板接口電路給MCB模塊和WTB模塊供電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TCN網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的MCB模塊中的 32位中央處理器由芯片Net+50構(gòu)成，其外圍電路包括萬年歷及主板監(jiān)控電路、 看門狗電路、232串行通訊口及以太網(wǎng)通訊口電路和存貯器電路，提供CPU板的 溫度和萬年歷時(shí)間，監(jiān)控系統(tǒng)軟件的正常運(yùn)行、提供目標(biāo)板與上位機(jī)的串口通 訊功能以及通過以太網(wǎng)通訊接口支持10M/100M兩種通訊模式和/或?yàn)橄到y(tǒng)提 供數(shù)據(jù)運(yùn)行和存貯空間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TCN網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的MVBCS01協(xié) 議控制器由MVBCS01通訊控制器芯片構(gòu)成，其接口電路支持MVB底層鏈路功 能，支持MAU實(shí)現(xiàn)MVB物理層功能，負(fù)責(zé)MVB數(shù)據(jù)的收發(fā)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TCN網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的內(nèi)部并行總線 電路負(fù)責(zé)WTB板和MCB板間的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線的數(shù)據(jù)緩沖和電平轉(zhuǎn) 換，提供兩板間的并行數(shù)據(jù)通訊通道。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TCN網(wǎng)關(guān)，其特征在于所述的WTB模塊由8 位CPU處理器、外部存貯器電路、MAU接口和HDLC控制器組成，其中所述的 HDLC控制器負(fù)責(zé)將來自WTB總線的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CPU需要的并行數(shù)據(jù)，并通 過DMA方式與CPU進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種TCN網(wǎng)關(guān)，其特征在于包括MCB模塊和WTB模塊，其中所述的MCB模塊由32位中央處理器、MVB單元、MVBCS01協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供運(yùn)行TCN網(wǎng)絡(luò)管理軟件、實(shí)時(shí)協(xié)議棧軟件和MVB鏈路協(xié)議軟件的硬件平臺(tái)；所述的WTB模塊由8位CPU處理器、WTBC協(xié)議控制器和外圍電路組成，提供WTB鏈路軟件的運(yùn)行平臺(tái)；MCB模塊與WTB模塊之間通過內(nèi)部并行總線進(jìn)行WTB源、宿端口的過程數(shù)據(jù)、WTB的監(jiān)視數(shù)據(jù)和/或消息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通訊。本實(shí)用新型符合國際列車通訊網(wǎng)絡(luò)TCN標(biāo)準(zhǔn)IEC61375-1，為TCN列車通訊網(wǎng)絡(luò)中最高級的通訊設(shè)備，在軌道車輛中有廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04L12/40GK201111326SQ200720011749
公開日2008年9月3日 申請日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日
發(fā)明者躍 于, 健 吳, 寧壽輝, 李常賢, 杜振環(huán), 杰 王, 鋒 王, 謝步明, 趙國平 申請人:謝步明