專利名稱：一種實現mvb總線與第三方設備互連的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機車網絡通訊裝置，尤其是一種應用于機車車輛網絡通訊， 實現MVB總線與多種第三方設備的數據轉換裝置。
背景技術：
目前在我國機車網絡通訊產品中，IEC61375標準所規定的TCN (Train CommunicationNetwork的簡寫，即列車通訊網，目前國際標準的TCN網絡標準號為 IEC61375-1)網絡日益占據主導地位，同時在大量的新老設備上其它通訊方式仍然會并 存較長一段時間。在我國地鐵、輕軌、干線機車等多個領域存在著大量的將TCN網絡的 MVB (multifunction vehicle bus的簡寫，即多功能車輛總線)總線與其它不具有MVB接 口的設備進行互連的需求。例如一些設備，可能具有RS232、RS485、CAN、以太網或者并行總 線接口，系統集成方需要將這些設備統一上掛到MVB網絡，以便統一管理和操控。一種現有 技術是芬蘭EKE公司機箱式TCN產品，這種裝置可以實現MVB總線與VME并行總線的數據 交換。這種現有技術采用類似芬蘭EKE公司的機箱式TCN產品，這種裝置因為機箱結構的 局限，不利于列車個體狹長、空間緊湊的安裝特點，在一些車型上安裝有困難，并且只能實 現單獨的MVB與VME數據交換。2008年4月23日公開，文獻號為CN101170524A，名稱為基 于ARM的MVB-以太網網關的中國實用新型專利申請公開了一種基于ARM7核實現了單獨的 MVB與以太網數據交換的技術方案。2008年2月13日公開，文獻號為CN101123592A，名稱 為基于ARM7核微處理器的MVB-CAN網關的中國實用新型專利申請公開了一種基于ARM7核 實現單獨的MVB與CAN數據交換的裝置。這兩種現有技術由于一個模塊只能實現一種數據 交換，并且由于采用的是單核CPU，在處理通訊協議棧、數據交換協議棧時，對于同時處理實 時控制功能不利。另有一些未批量的產品上，已經具有RS232接口，但是僅僅將其作為調試 接口而未實現RS232與MVB的數據交換。目前尚無專門的通訊產品在一個獨立模塊上，實 現MVB與上述多種接口的數據交換。
實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有機車網絡通訊產品的不足，提供一種實現MVB總 線與多種第三方設備的數據轉換裝置，以達到在一個產品上實現MVB總線與多種接口的第 三方設備進行數據交換，具有較廣泛的接口匹配能力的目的。按照本實用新型，上述技術問題是通過下述技術方案來實現的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，包括CPU、MVB模塊、電源模塊和CPU 最小系統，CPU與MVB模塊相連，電源模塊與CPU和MVB模塊相連，該裝置還包括至少兩種 總線通訊接口，所述總線通訊接口與CPU相連，通過CPU與MVB模塊進行數據交換。作為本實用新型進一步的實施方式，所述裝置進一步包括CPLD，CPLD分別與CPU 和MVB模塊相連，CPLD將CPU的控制信號和地址信號進行時序調整后傳遞給MVB模塊。作為本實用新型進一步的實施方式，所述裝置進一步包括AMS總線接口，所述AMS總線接口通過CPLD進而與CPU相連，完成AMS并行總線通信。從而使得我國鐵路大量使用 的基于AMS總線的機箱式產品也能連入MVB網絡，極大拓展了 MVB網絡的應用范圍。作為本實用新型進一步的實施方式，所述裝置進一步包括以太網絡接口電路，所 述以太網絡接口電路與CPU相連；所述裝置進一步包括RS232接口電路，所述RS232接口電 路與CPU相連；所述裝置進一步包括RS485接口電路，所述RS485接口電路與CPLD相連；所 述裝置進一步包括CAN總線接口電路，所述CAN總線接口電路與CPLD相連。這樣做能在一 個裝置上實現MVB總線與多種接口的數據交換，使得本實用新型所述的裝置具有較廣泛的 接口匹配能力。作為本實用新型進一步的實施方式，所述CPU包括兩個內核，其中一個內核執行 總線通訊與數據交換功能，另一個內核執行實時控制功能。這樣可在實現總線通訊、數據轉 換的同時，很好地完成數據通訊的實時控制功能。作為本實用新型進一步的實施方式，所述裝置包括SDRAM和FLASH，SDRAM與CPU 相連，作為程序的運行空間，FLASH分別與CPU、CPLD和MVB模塊相連，作為程序的存儲空間。作為本實用新型進一步的實施方式，所述MVB模塊包括MVB通訊控制器，MVB通訊 存儲器和緩沖器，MVB通訊控制器分別與MVB通訊存儲器和緩沖器相連，所述緩沖器包括地 址緩沖器和數據緩沖器。通過應用此種實施方式所描述的裝置，在一個產品上實現了 MVB與多種接口的數 據交換，具有較廣泛的接口匹配能力。同時實現了 MVB總線與AMS并行總線的數據交換，從 而使得我國鐵路大量使用的基于AMS總線的機箱式產品也能連入MVB網絡，極大拓展了 MVB 網絡的應用范圍。另外，由于本方案采用的CPU實際具有兩個內核，可在實現總線通訊、數 據轉換的同時，很好的完成實時控制功能，具有較多的集成功能，可減少外圍模塊，降低成 本。
圖1為本實用新型一種實施方式的系統組成結構框圖；圖2為本實用新型一種實施方式MVB子系統的電路結構原理圖；圖3為本實用新型一種實施方式的軟件結構組成框圖；圖4為本實用新型一種實施方式的外部結構示意圖；其中1-CPU，2-CPLD,3-MVB 模塊，4-SDRAM，5-FLASH，6-復位電路，7-以太網絡 接 口 電路，8-RS232 接 口 電路，9-LED，10-NVRAM, 11-DTI，12-DC/DC 模塊 1，13-DC/DC 模塊 2，14-線性電源模塊，15-電源模塊，21-MVB通訊接口，22-現場通信接口，23-電源接口， 24-狀態指示燈，25-RS232接口，26-以太網接口，31-MVB通訊控制器，32-MVB通訊存儲器， 33-緩沖器，331-地址緩沖器，332-數據緩沖器。
具體實施方式
附圖給出了本實用新型的具體實施例，下面將通過附圖和實施例對本實用新型作 進一步的描述。作為本實用新型一種較佳的實施方式，如圖1所示的一種實現MVB總線與第三方 設備互連的裝置包括包括CPU最小系統(MCF5235、FLASH、SDRAM、電源等)、1個以太網口、1 個 RS232 接口、兩個 CAN 口、兩個 485 口、兩個 485/422 口、一對 MVB 口。[0021]板級電源部分包括板上使用了 5V、3.3V、1.5V這3種電源，板上5V電源由電源 模塊輸出，直接供給MVB子系統使用；3. 3V電源由5V電源通過LM2853開關電源轉化得來， 供給CPU的10、最小系統、以太網電源等使用，采用開關電源的原因是為了提高電源效率； 1. 5V電源由3. 3V電源通過LP3882線性電源轉化得來，僅供CPU的內核使用，使用線性電源 的原因是為了保證CPU內核電壓的穩定性；當作為模塊使用時，可使用機車標準IlOV電源 或者使用專門的5V供電電源，當作為機箱插件使用時，使用背板總線的5V供電電源。CPU最小系統包含MCF5235的CPU、MT48LC8M16A2的SDRAM作為程序的運行空間、 SST39VF6401B或者M29W640G的FLASH作為程序的存儲空間。CPUl的芯片采用FreeScale公 司的coldfire CPU系列中的MCF5235具有一個內核和一個ETPU (增強型時鐘處理單元)， 該CPU核可用于處理數據交換，另一個內核(ETPU單元)專用于實現與時間參數密切相關 的控制功能，在一個模塊上同時高效的實現了數據交換功能與實時控制功能。CPU內嵌了一個以太網控制器，因此本方案只需要外加以太網收發器，選用 了 MICREL公司的KSZ8721BLI收發器，另外為了網口受到外部沖擊，在以太網入口處增 加SLVU2. 8作為防浪涌保護器件。利用CPU內嵌的UART 口，外擴MAX202將信號轉換 為RS232信號，并在232入口處增加PS0T15C作為防浪涌保護器件。RS485/422 口 在 CPLD(complicatedprogrammabIe logic device的簡寫，即復雜可編程邏輯器件)實現4個 可配置的UART控制器，CPU將其當做普通外設操作；為增強其防護能力，線對地采用PROTEK 公司PSM712的TVS管，提供600W的共模浪涌防護能力；第1、2個UART 口物理層僅實現485 口，第3、4個UART (通用異步串行通訊接口)口物理層實現485/422復用，因此最多可實現 4個485 口或者2個485 口加兩個422 口 ；利用CPU自帶的兩個CAN控制器實現兩路CAN 接口，為增強其防護能力，采用NUP2105L作為共模防護，提供600W的共模浪涌防護能力。 DTIll為DMA時鐘中斷，即直接存儲訪問時鐘中斷。MVB子系統的電路結構原理圖如圖2所示，其中MVBC為專用MVB通訊控制芯片，標 記331處為地址緩沖器，標記332處為數據緩沖器，標記32處為MVB通訊存儲器；隔離電源 部分如圖1所示，由于存在多種總線通訊，使用到多個D⑶C隔離電源；為防止多個D⑶C隔 離電源同時上電引起對總電源的沖擊，在電源輸入腳加入了一個電源開關，CPU通過IO腳 可以靈活控制該電源開關，錯開多個DCDC隔離電源的啟動時間；需注意，用作控制開關的 IO腳須為5V信號，確保與VCC無壓差。非易失性隨機存取存儲器NVRAM，用來暫存要寫到FLASH的數據；因為FLASH有壽 命的限制，不能太頻繁的寫入，因此將要寫入的數據先寫到NVRAM中，例如可以累積到4K字 節再一次性寫入，不用一個字節一個字節的寫入。指示燈第一個與第二個分別用來指示5V 電源和3. 3V電源是否接通、第三個指示CPU運行是否正常、第4、5、6個用來指示MVBC工作 狀態、第7和第8預留給客戶應用程序使用。CPLD主要用于將CPU的控制信號、地址信號進 行時序調整后傳遞給MVBC，以滿足二者的時序匹配。復位信號同時傳輸給CPU和CPLD，主 要有兩種情況進行復位，第一是上電復位，第二是看門狗復位，即當CPU或者CPLD不正常時 外部看門狗就得不到周期性指令而導致的復位。如圖3所示為本實用新型一種實施方式的軟件結構組成框圖，在軟件結構方面， 一種實施方式采用層次化的軟件結構，軟件層次圖如下所示，采用VXW0RKS操作系統，實 現了 MVB列車通訊網絡的實時通訊協議以及各種通訊任務，在上層采用符合國際標準IEC61131的ISAGRAF軟件用于應用程序的開發，并提供各種數據轉換固件。其中硬件物理 層以上為系統軟件架構BSP負責起動CPU最小系統、串口、以太網口 ；VxWORKS實時操作系 統負責進行任務調度、文件系統管理等與特定客戶應用無關的管理；CAN通訊、485/422T通 訊、以太網通訊、RS232通訊、ETPU (enhanced time processor的簡寫，即飛思卡爾coldf ire 系列一些CPU中集成的帶有自身內核和存儲單元的可編程IO控制器，它獨立于主CPU核， 可以實現復雜的與時間相關的控制功能如IO處理、串口通訊、馬達控制等，這樣，主CPU核 可以解放出來去處理其它事件)控制等為執行特定客戶應用的任務程序；MVB鏈路層、RTP、 匪三者是一個整體，負責實現IEC61375所規定的MVB通訊；ISAGRAF虛擬機用于ISAGRAF 用戶程序的解釋執行；ISAGRAF層為用戶程序直接與用戶接觸的圖形界面，為用戶提供圖 形化二次開發功能。如圖4所示為本實用新型一種實施方式的外部結構示意圖，作為模塊使用時由殼 體和一個前面板組成，PCB上不安裝背板總線接口的插頭。其中前面板的標記含義分別為 1、兩個MVB通訊用DB9插頭，一進一出；2、其它現場使用的插頭，RS485/422、RS232、CAN總 線、ETPU控制輸入輸出功能等；3、電源接頭；4、狀態指示燈；5、RS232串口 ；6、工業以太網 接頭。模塊殼體之間靠長螺絲固定在一起，電路板靠短螺絲固定在殼體上。本實用新型所描述的設備是一種MVB四類設備，MVB四類設備即為一種可以實現 過程數據、消息數據等，具有完全MVB主站功能的設備，其中過程數據為IEC61375-1中規 定的周期收發的數據，主要用來傳輸一些實時性要求較高的參數，例如積分曲線要求的參 數等。消息數據為IEC61375-1中規定的偶發性的數據，可以傳輸較大容量、實時性要求低 于過程數據的一些參數，例如故障的環境參數等。本實用新型可實現MVB總線與RS232、 485/422,CAN,以太網、AMS并行總線的數據交換，使用MCF5235的CPU執行通訊協議棧與數 據交換功能、利用其ETPU單元執行實時控制功能、MT48LC8M16A2的SDRAM作為程序的運行 空間、SST39VF6401B的FLASH作為程序的存儲空間，采用EPM1270的CPLD實現控制邏輯與 時序接口以及4個UART控制器，采用MVBCOl專用芯片完成MVB通訊控制；模塊功能的實現 采用VXW0RKS實時操作系統和層次化的軟件結構。本實用新型所描述的設備，既可以加上外殼成為一個獨立的產品模塊，也可以作 為AMS機箱產品的一個插件，具有良好的安裝適應性；另外在這一個產品上實現了 MVB與多 種接口的數據交換，具有較廣泛的接口匹配能力；另外，由于本方案采用的CPU實際具有兩 個內核，可在實現總線通訊、數據轉換的同時，很好的完成實時控制功能，具有較多的集成 功能，可減少外圍模塊，降低成本。雖然結合附圖描述了本實用新型的實施方式，但是本領域的普通技術人員可以在 所附權利要求的范圍內作出各種變形或修改。本實用新型技術方案所采用的芯片和元器件 包括但不限于具體實施方式
當中所列舉的具體型號。
權利要求一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，包括CPU(1)、MVB模塊(3)、電源模塊(15)和CPU最小系統，CPU(1)與MVB模塊(3)相連，電源模塊(15)與CPU(1)和MVB模塊(3)相連，其特征在于該裝置還包括至少兩種總線通訊接口，所述總線通訊接口與CPU(1)相連，通過CPU(1)與MVB模塊(3)進行數據交換。
2.根據權利要求1所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括CPLD (2)，CPLD (2)分別與CPU(I)和MVB模塊(3)相連，CPLD (2)將CPU(I) 的控制信號和地址信號進行時序調整后傳遞給MVB模塊(3)。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置， 其特征在于所述裝置包括AMS總線接口，所述AMS總線接口通過CPLD(2)進而與CPU(I) 相連，完成AMS并行總線通信。
4.根據權利要求3所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括以太網絡接口電路(7)，所述以太網絡接口電路(7)與CPU(I)相連。
5.根據權利要求4所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括RS232接口電路(8)，所述RS232接口電路(8)與CPU(I)相連。
6.根據權利要求5所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括RS485接口電路，所述RS485接口電路與CPLD (2)相連。
7.根據權利要求6所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括CAN總線接口電路，所述CAN總線接口電路與CPLD (2)相連。
8.根據權利要求7所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述CPU(I)包括兩個內核，其中一個內核執行總線通訊與數據交換功能，另一個內核執行 實時控制功能。
9.根據權利要求8所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述裝置包括SDRAM(4)和FLASH(5)，SDRAM(4)與CPU(I)相連，作為程序的運行空間， FLASH(5)分別與CPU(I)、CPLD (2)和MVB模塊(3)相連，作為程序的存儲空間。
10.根據權利要求9所述的一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，其特征在于 所述MVB模塊(3)包括MVB通訊控制器(31)，MVB通訊存儲器(32)和緩沖器(33)，MVB通 訊控制器(31)分別與MVB遍訊存儲器(32)和緩沖器(33)相連，所述緩沖器(33)包括地 址緩沖器(331)和數據緩沖器(332)。
專利摘要一種實現MVB總線與第三方設備互連的裝置，主要應用于鐵路領域，包括CPU(1)、MVB模塊(3)、電源模塊(15)和CPU最小系統，CPU(1)與MVB模塊(3)相連，電源模塊(15)與CPU(1)和MVB模塊(3)相連，該裝置還包括至少兩種總線通訊接口，總線通訊接口與CPU(1)相連，通過CPU(1)與MVB模塊(3)進行數據交換。通過應用此種實施方式所描述的裝置，在一個產品上實現了MVB與多種接口的數據交換，具有較廣泛的接口匹配能力。實現了MVB總線與AMS并行總線的數據交換，從而使得我國鐵路大量使用的基于AMS總線的機箱式產品也能連入MVB網絡，極大拓展了MVB網絡的應用范圍。另外，由于本方案采用的CPU實際具有兩個內核，可在實現總線通訊、數據轉換的同時，很好的完成實時控制功能，具有較多的集成功能，可減少外圍模塊，降低成本。
文檔編號H04L12/28GK201629759SQ20092025994
公開日2010年11月10日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者易偉民, 羅林, 肖家博 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司