專利名稱：Wtb-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及符合TCN標(biāo)準(zhǔn)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，是具有以太網(wǎng)通信 能力的WTB網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。廣泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車 輛等實(shí)時(shí)性要求較高、能夠自動(dòng)編組的工業(yè)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
IEC61375-1《列車通信網(wǎng)絡(luò)》(簡(jiǎn)稱TCN標(biāo)準(zhǔn))，是一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也是我 國(guó)鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。TCN標(biāo)準(zhǔn)是為鐵路機(jī)車車輛這一特殊應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)總 線標(biāo)準(zhǔn)，它制定了一個(gè)開放的通信系統(tǒng)，從而使得各種鐵道機(jī)車車輛能夠相互 聯(lián)掛、不同廠商的設(shè)備能夠互聯(lián)。TCN標(biāo)準(zhǔn)一共定義了多功能車輛總線MVB 和絞線式列車總線WTB兩種形式，其中MVB總線連接一個(gè)車輛內(nèi)的設(shè)備，總 線工作頻率為1.5Mbit/s，介質(zhì)為雙絞線或光纖。MVB總線在鏈路層提供了兩種
傳輸服務(wù)(1)過(guò)程數(shù)據(jù)周期性的，源尋址廣播數(shù)據(jù)；(2)消息數(shù)據(jù)按 需傳送的，目標(biāo)尋址的數(shù)據(jù)報(bào)文。
以太網(wǎng)是公認(rèn)的最具發(fā)展前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一,IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)是它的國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)遵循ISO/OSI模型，采用了其中的鏈路層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、 會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。以太網(wǎng)是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 的通信網(wǎng)絡(luò)，具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。
目前，由于列車旅客信息系統(tǒng)的服務(wù)要求，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)TCN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 需要通過(guò)以太網(wǎng)接口，與GPRS、 CDMA、 GPS等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將列 車信息傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，方便于列車設(shè)備的日常維護(hù)及檢修。于是WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)便成為TCN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)必需的關(guān)鍵設(shè)備，使得以太網(wǎng)與WTB網(wǎng) 絡(luò)達(dá)到無(wú)縫地結(jié)合。雖然可以直接采購(gòu)國(guó)外WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，但是國(guó)內(nèi)還沒(méi)有 應(yīng)用于機(jī)車車輛行業(yè)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，所以WTB-以太 網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的研制成功，標(biāo)志著全部WTB-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)攻克，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)這 一領(lǐng)域的空白，使我國(guó)的TCN網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。對(duì)于國(guó)內(nèi)鐵路機(jī) 車車輛行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新具有現(xiàn)實(shí)意義。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，主要應(yīng)用于在 鐵路列車、地鐵列車和城市軌道行業(yè)的WTB網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，連接以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備。它既具有WTB過(guò)程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功能，也具有以 太網(wǎng)鏈路層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層功能。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括核心處理電路，與其電連接的 WTB共享RAM、 MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA處理器、WTB總線驅(qū) 動(dòng)器、以太網(wǎng)協(xié)議控制器、隔離變壓器和以太網(wǎng)物理層接口，其中的核心處理 電路利用WTB共享RAM與MCU微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)HDLC控制器 和FPGA處理器轉(zhuǎn)化生成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器傳送到WTB總線 上；同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)協(xié)議控制器中轉(zhuǎn)化為鏈路層報(bào)文，通過(guò)隔離變 壓器變成隔離的差分電平信號(hào)，經(jīng)以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)上去。
所述的核心處理電路包括中央處理器，與其電連接的FLASH、 SDRAM、 電源管理電路、復(fù)位電路、非易失性存貯單元和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。核心處理電路作為 網(wǎng)關(guān)核心處理單元，不僅完成WTB過(guò)程數(shù)據(jù)功能、消息數(shù)據(jù)功能和總線管理功 能，也完成以太網(wǎng)鏈路層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層功能。 同時(shí)中央處理器將采集的數(shù)據(jù)信息生成用于列車車輛診斷分析的數(shù)據(jù)流，存貯 于非易失性存貯單元。
所述的MCU微控制器是WTB網(wǎng)絡(luò)的核心部件，完成WTB總線鏈路層功 能；WTB總線驅(qū)動(dòng)器是以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的，完成 WTB總線物理層功能；WTB共享RAM是以SRAM為物理介質(zhì)的，存貯相關(guān) 通信數(shù)據(jù)。核心處理電路和MCU微控制器同時(shí)訪問(wèn)WTB共享RAM的SRAM 區(qū)，通過(guò)控制信號(hào)來(lái)解決爭(zhēng)用沖突問(wèn)題，在雙方爭(zhēng)用同一地址單元時(shí)，其片內(nèi) 硬件電路可根據(jù)兩邊的地址、片選以及讀寫信號(hào)到達(dá)先后順序來(lái)裁決哪方有使 用權(quán)，避免因此而產(chǎn)生的讀寫錯(cuò)誤。而MCU微控制器通過(guò)HDLC控制器和FPGA 處理器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化生成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器完成對(duì)WTB總線的 操作。
所述的以太網(wǎng)協(xié)議控制器是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的核心部件，完成以太網(wǎng)鏈路層功 能；以太網(wǎng)物理層接口是以RJ45連接器為核心的，完成以太網(wǎng)總線物理層功能；隔離變壓器將差分信號(hào)進(jìn)行電氣隔離。核心處理電路通過(guò)數(shù)據(jù)線和地址線并行 訪問(wèn)以太網(wǎng)協(xié)議控制器，經(jīng)過(guò)隔離變壓器進(jìn)行電氣隔離調(diào)整，經(jīng)以太網(wǎng)物理層 接口對(duì)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 本實(shí)用新型符合IEC61375和IEEE 802.3，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在WTB網(wǎng)絡(luò)與 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換這一技術(shù)領(lǐng)域的空白。
(2) 本實(shí)用新型提供了基于正C61131-3的工程化應(yīng)用平臺(tái)，提高了工程化 水平，降低了工程開發(fā)成本，縮短了工程周期。
(3) 本實(shí)用新型通過(guò)了TCN網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品例行試驗(yàn)項(xiàng)目，完成與國(guó)外WTB產(chǎn) 品的一致性測(cè)試。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型核心處理電路的硬件結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型中央處理器及其外圍電路接口電路圖4是本實(shí)用新型MCU微控制器及其外圍電路接口電路圖5是本實(shí)用新型以太網(wǎng)協(xié)議控制器及其外圍電路接口電路圖； 圖1是本實(shí)用新型的說(shuō)明書摘要附圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的一種WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，包括核心處理電路、WTB共享 RAM、 MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA處理器、WTB總線驅(qū)動(dòng)器、以 太網(wǎng)協(xié)議控制器、隔離變壓器和以太網(wǎng)物理層接口。
如圖3所示，所述的核心處理電路是以32位中央處理器為核心的，外圍配 置FLASH、 SDRAM、電源管理電路、非易失性存貯單元、復(fù)位電路和實(shí)時(shí)時(shí) 鐘。其中所述的中央處理器選用NetSilicon公司的32位處理器NET+50，它內(nèi) 嵌ARM7TDMI核，支持32位內(nèi)部總線，有40個(gè)可編程I/O接口引腳，16個(gè)輸 入接口引腳，36個(gè)可編程中斷。本系統(tǒng)中，處理器的晶振頻率為18.432M，異 步訪問(wèn)SDRAM的周期為60ns。由于WTB協(xié)議控制器插入的等待時(shí)間可達(dá)10us， 因而處理器的訪問(wèn)速度保證了 MCU微控制器對(duì)WTB總線數(shù)據(jù)的可靠接收和發(fā) 送。如圖4所示，所述的MCU微控制器是WTB網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用Zilog 公司的Z8S180芯片，具有WTB高級(jí)設(shè)備功能；WTB總線驅(qū)動(dòng)器是以RS485 協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的，選用Ltcl485和ZVN2106GTA芯片，具 有RS485差分信號(hào)收發(fā)及電平驅(qū)動(dòng)功能；WTB共享RAM電路是以SRAM為物 理介質(zhì)的，選用IS62C1024芯片，用來(lái)存貯核心處理電路與MCU微控制器相互 交換的通信數(shù)據(jù)。
如圖5所示，所述的以太網(wǎng)協(xié)議控制器是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的核心部件，選用Intel 公司的LXT971ALE芯片，支持IEEE 802.3規(guī)范；以太網(wǎng)物理層接口是以以太 網(wǎng)連接器發(fā)器為核心的，選用RJ45器件，具有增強(qiáng)以太網(wǎng)總線驅(qū)動(dòng)功能；隔離 變壓器是對(duì)信號(hào)進(jìn)行電氣隔離，選用BE1012器件，調(diào)整和整形電氣信號(hào)。
權(quán)利要求1、一種WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括以32位ARM7處理器為核心的，外圍配置FLASH、SDRAM、電源管理電路、電壓監(jiān)控、復(fù)位電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的核心處理電路、以8位單片機(jī)處理器為核心的MCU微控制器、以ESCC控制器為核心的HDLC控制器、以RS485協(xié)議控制器和MOSFET器件為核心的WTB總線驅(qū)動(dòng)器、以SRAM為物理介質(zhì)的WTB共享RAM、以以太網(wǎng)物理芯片為核心的以太網(wǎng)協(xié)議控制器、以物理變壓器為核心的隔離變壓器、以以太網(wǎng)物理連接器為核心的以太網(wǎng)物理層接口和以FPGA為物理介質(zhì)的FPGA處理器，其中的核心處理電路中電源管理電路通過(guò)5伏電源線、3.3伏電源線和地線為上述電路中的所有芯片提供供電電源；ARM7處理器NET+50芯片通過(guò)32根數(shù)據(jù)線和20根地址線異步訪問(wèn)FLASH，同時(shí)通過(guò)32根數(shù)據(jù)線和14根地址線同步訪問(wèn)SDRAM，完成程序的執(zhí)行；WTB總線上的冗余差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)兩組信號(hào)線分別傳送到兩個(gè)RS485協(xié)議控制器Ltc1485芯片，轉(zhuǎn)化成兩組電平信號(hào)傳送到FPGA處理器，經(jīng)串行總線存放于HDLC控制器中，再通過(guò)8根數(shù)據(jù)線和2根地址線傳送到MCU微控制器中，并存放于WTB共享RAMIS62C1024芯片中；ARM7處理器NET+50芯片通過(guò)16根數(shù)據(jù)線、19根地址線和控制線互鎖機(jī)制，優(yōu)先于MCU微控制器Z8S180訪問(wèn)WTB共享RAMIS62C1024芯片，并取得設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)以太網(wǎng)協(xié)議控制器LXT971ALE芯片把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，傳送到隔離變壓器進(jìn)行信號(hào)電氣隔離，最后通過(guò)以太網(wǎng)物理層接口RJ45器件傳送到以太網(wǎng)上形成以太網(wǎng)差分信號(hào)；反之，從以太網(wǎng)到WTB總線的設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程與上述過(guò)程相類似。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種WTB-以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，其特征在于包括核心處理電路，與其電連接的WTB共享RAM、MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA處理器、WTB總線驅(qū)動(dòng)器、以太網(wǎng)協(xié)議控制器、隔離變壓器和以太網(wǎng)物理層接口，核心處理電路利用WTB共享RAM與MCU微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過(guò)HDLC控制器和FPGA處理器轉(zhuǎn)化生成曼徹斯特信號(hào)，經(jīng)WTB總線驅(qū)動(dòng)器傳送到WTB總線上；同時(shí)也將數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)協(xié)議控制器中轉(zhuǎn)化為鏈路層報(bào)文，通過(guò)隔離變壓器變成隔離的差分電平信號(hào)，經(jīng)以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)上去。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于鐵路列車、地鐵列車和城市軌道交通車輛等和自動(dòng)編組的工業(yè)控制領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04L12/66GK201274496SQ20082021818
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者躍 于, 任寶兵, 健 吳, 杜振環(huán), 譚雷雨 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心