一種列車網絡通信實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種列車通信網絡實現方法，本方法將通信數據內存劃分為三塊，然后將列車網絡初始化，按照設定的內存地址訪問方法來進行數據通信。本發明結合了列車通信數據的端口數據具有固定的特征周期這個特點，通過對列車通信數據內存針對不同的端口分配成三個內存塊的方式，實現了無需沖突仲裁，即可實現處理器和總線控制器對于列車通信數據內存的實時訪問。保證數據的完整性、冗余性，并且提高了處理器的處理效率，降低功耗、降低芯片的面積。
【專利說明】
一種列車網絡通信實現方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種列車通信網絡方法。
【背景技術】
[0002]列車通信網(Train Communicat1n Network，TCN)是伴隨現代列車的高速化、自動化和舒適化等發展方向而產生的，用于在機車車輛各計算機之間互相傳輸與交換諸如狀態、控制、故障診斷、旅客服務等信息。應用最廣泛的TCN標準為IEC國際標準(IEC61375-1)，它包括兩種總線類型絞線式列車總線(Wire Train Bus，WTB)和多功能車廂總線(Multifunct1n Vehicle Bus，MVB)。兩種總線均采用周期性主從協議，提供過程數據、消息數據和監控數據三種服務。過程數據是周期性數據，有著嚴格的時間限制，需要進行周期性更新;消息數據和監視數據是一些非周期數據，沒有嚴格的時間要求，可以在數據改變時才傳輸。
[0003]為了保證列車通信網絡數據的可靠性，網絡中各種數據類型都需要能夠有足夠的冗余，同時需要能夠被網絡處理器，網絡總線和應用處理器訪問，更重要的是要保證數據的準確，及時更新。這就難免會碰到幾個方面同時訪問數據內存時候會引起沖突，如何處理這個沖突，為網絡系統提供一個合理的仲裁，既要保證數據的準確性、及時性，同時保證處理器的處理速度和網絡數據完整。這一直是整個系統設計的一個關鍵的課題。
[0004]Duagon公司的產品Dl 13中列車通信數據內存結構為總線控制器通過緩沖器(buffer)緩存來訪問列車通信數據內存，應用處理器和底層處理器通過MVB-控制器仲裁來直接訪問列車通信數據內存，相對總線控制器來說擁有更高的優先級，這樣的話就會影響總線數據的及時更新，同時多加的緩沖器增加了芯片的面積。
[0005]在D104和D114的產品結構中，使用雙端口RAM來作為列車通信數據內存，這樣雖然增加了列車通信數據內存訪問的端口，但是沒有完全解決沖突引起的仲裁問題，應用處理器和總線處理器對于列車通信數據內存的訪問同樣要經過控制邏輯的判斷控制，同時要特別小心對于同一個地址或者同一個網絡端口的同一類型數據進行同時讀寫時，由于應用處理器和總線處理器的讀寫時鐘是不一樣的，這樣有可能會造成端口數據一部分是更新前的數據，一部分是更新后的數據這種情況。同時使用雙端口 RAM更大程度的增加了芯片的面積。
[0006]所以這些結構對于整個系統的效率和芯片的面積等方面都是有局限性的。
【發明內容】
[0007]本發明目的是:提供一種新的列車通信方法，通過一種新的數據結構來實現應用處理器，總線控制器，底層處理器對于列車通信數據內存的合理訪問，保證各媒介的優先順序，同時更加重要的是保證數據的完整性，冗余性，及時更新性，在這個基礎上，更大限度的保證處理器的處理效率，降低芯片的時鐘頻率，降低功耗，同時降低芯片的面積。
[0008]本發明的技術方案是:
[0009]—種列車通信網絡實現方法包括:
[0010]步驟I:將列車通信數據內存分成內存塊A、內存塊B和內存塊C;
[0011]步驟2:列車通信網絡的網絡節點的特性報告給總線主，網絡節點初始化，總線主將所有網絡節點的特性報告給網絡中的每一個組成節點，建立網絡節點基本周期表；
[0012]步驟3:通過設定的地址分配方法來進行數據通信。
[0013]所述地址分配方法的具體步驟是:
[0014]步驟101:網絡節點的邏輯地址映射到通信數據內存；
[0015]步驟102:將端口的數據按照內存塊A、內存塊B、內存塊C的循環順序依次存放，直至數據存放完畢；
[0016]步驟103:處理器和控制器同時訪問不同的內存塊。
[0017]更進一步的，當列車網絡組成發生改變時，按照所述步驟I至步驟3重新操作。
[0018]本發明的優點是:
[0019]本發明結合了列車通信數據的端口數據具有固定的特征周期這個特點，通過對列車通信數據內存針對不同的端口分配成三個內存塊的方式，實現了無需沖突仲裁，即可實現處理器和總線控制器對于列車通信數據內存的實時訪問，保證數據的完整性、冗余性，并且提高了處理器的處理效率，降低功耗和芯片的面積。
【附圖說明】
[0020]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
[0021]圖1為本發明的流程圖；
[0022]圖2為列車網絡通信的周期表。
【具體實施方式】
[0023]實施例:
[0024]下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。
[0025]一種列車通信網絡實現方法包括:
[0026]如圖1所示，步驟I:將列車通信數據內存分成內存塊A、內存塊B和內存塊Cο針對有可能會有沖突的仲裁產生，列車通信數據內存被分塊。
[0027]步驟2:列車通信網絡的網絡節點的特性報告給總線主，網絡節點初始化，總線主將所有網絡節點的特性報告給網絡中的每一個組成節點，建立網絡節點基本周期表;這個表將伴隨整個列車網絡通信運行的全過程。
[0028]在列車通信網絡中，在正常運行時，總線主循環工作，它把總線活動分成基本周期，如圖2所示，每個基本周期由周期相和偶發相組成。
[0029]為保證確定和及時分發進程數據，總線主在預定的間隔(它的特征周期)內輪詢每個節點的周期性數據;在兩個周期相間的固定時間內總線組輪詢節點的偶發性數據:消息數據及監視數據。
[0030]每個列車網絡在一開始機車頭和車廂掛好上電時開始初運行，初運行完成以后網絡內所有的節點組成一個網絡系統，節點的特征周期，數據長度，節點狀態等信息對于網絡中每個節點都是可見的。
[0031]基本周期固定為25ms，每個進程數據的節點(如客車)可請求按特征周期輪詢，一個特征周期是基本周期的整倍數。
[0032]隨著車輛的增加，周期相增長而偶發相收縮，這樣維持進程數據的分發時延與節點數量無關，這點正與消息數據相反。
[0033]應用有責任保證有足夠的時間留給偶發性數據。例如，若總線主每隔25ms輪詢10個節點，輪詢每個節點需時lms，則有15ms留給偶發性數據。若節點數增至20個，則僅有5ms時間留給偶發性數據，這個時間就可能太短。
[0034]對偶發性數據，總線主只要按順序輪詢節點。為縮短搜索時間，從節點在被輪詢時，可通告它有偶發性數據待傳送。于是總線主在周期相后再次輪詢該從節點的偶發性數據。
[0035]在列車通信網絡中可支持最多4096個設備，每個設備對應著列車通信數據內存中一個端口，也就是說在列車通信數據內存中每個端口的數據刷新時有一個特征周期，也就是整個列車通信網絡的基本周期25ms的整數倍。只有在屬于本設備的特征周期內，列車通信數據內存相應端口的數據才有可能被刷新。
[0036]步驟3:通過設定的地址分配方法來進行數據通信。
[0037]1、首先將網絡節點的邏輯地址映射到通信數據內存；
[0038]所有對于列車通信數據內存的內存塊A，內存塊B和內存塊C的訪問都通過一個結構圖中所示的端口邏輯地址和物理地址映射以及通信數據內存塊地址動態分配管理中心來進行統一管理。
[0039]把整個列車網絡中的節點的邏輯地址(O?4095)映射到通信數據內存中的物理地址上去，使得列車網絡中的每個實際存在的節點設備(對應一個O?4095中的一個邏輯地址)都有一個實際存放節點數據的實際內存地址。這個邏輯地址和物理地址的映射通過軟件的設置來完成，每次網絡正式運行前，系統軟件將通過運算得到最佳(最省內存面積和最快訪問速度)來分配地址映射關系
[0040]2、然后，將端口的數據按照內存塊A、內存塊B、內存塊C的循環順序依次存放，直至數據存放完畢；
[0041 ]在端口地址映射完成以后，通信數據地址動態分配模塊還將通過硬件自動去讀取軟件在初始化過程中建立的網絡節點基本周期表，自動按照每相鄰3個周期內的數據分別將通信數據存放到不同的通信數據內存塊當中的原則進行地址解碼和分配。這樣就將整個列車網絡中所有實際存在的網絡節點的通信數據存放內存分成了三個內存塊。
[0042]每次初始化的時候把O?4095共4096個端口的數據存放地址按照端口所對應的設備的特征周期分成3塊，對應如下:
[0043]內存塊厶:基本周期1，4，7，10，……,4093,4096
[0044]內存塊仏基本周期2，5，8，11，……，4094
[0045]內存塊(::基本周期3，6，9，12，……，4095
[0046]因為每個端口的特征周期是初始化的時候就由系統軟件分配好的，所以在初始化得時候軟件就可以相應地設置，分配好每個端口數據所對應的列車通信數據內存塊。
[0047]3、最后，處理器和控制器同時訪問不同的內存塊。
[0048]由于以上這樣的地址分配方式，我們可以實現處理器和控制器對于列車通信數據內存的訪問就完全錯開，不會產生任何沖突。
[0049]通過端口地址解碼和內存塊分組解碼模塊，在每個基本周期內，軟件可以控制處理器周期性地去查詢上個基本周期內總線上傳送的數據，所以在這個基本周期內，處理器和總線控制器所訪問的地址通過初始化設置好的地址解碼方式解碼出來以后必然所訪問的是不同的列車通信數據內存塊的地址，而我們不同的內存塊都有自己分別得數據訪問端口，所以基于這個結構，處理器和總線控制器能互不干擾地同時訪問列車通信數據內存的數據。對于總線控制器和處理器的工作效率，數據讀取寫入速度都不會有任何等待狀態。
[0050]在實際運行過程中，只要有一個節點的狀態發生改變(比如說數據的特征周期或者數據包長度)，或者有一個車廂解掛又或者新連，入一個車廂，這都是整個網絡組成的改變，這個時候初始運行過程會重新啟動，每個節點又都要通知總線主，它需被輪詢的周期，總線主據此建立輪詢策略。
[0051]本發明結合了列車通信數據的端口數據具有固定的特征周期這個特點，通過對列車通信數據內存針對不同的端口分配成三個內存塊的方式，實現了無需沖突仲裁，即可實現處理器和總線控制器對于列車通信數據內存的實時訪問。
【主權項】
1.一種列車通信網絡實現方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟1:將列車通信數據內存分成內存塊A、內存塊B和內存塊C; 步驟2:列車通信網絡的網絡節點的特性報告給總線主，網絡節點初始化，總線主將所有網絡節點的特性報告給網絡中的每一個組成節點，建立網絡節點基本周期表； 步驟3:通過設定的地址分配方法來進行數據通信。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述地址分配方法的步驟是: 步驟101:網絡節點的邏輯地址映射到通信數據內存； 步驟102:將端口的數據按照內存塊A、內存塊B、內存塊C的循環順序依次存放，直至數據存放完畢； 步驟103:處理器和控制器同時訪問不同的內存塊。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當列車網絡組成發生改變時，按照所述步驟I至步驟3重新操作。
【文檔編號】H04L12/40GK105847104SQ201610394700
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月5日
【發明人】周帆
【申請人】鎮江立昌智能裝備有限公司