專利名稱：基于vme總線的列車通信網關裝置的制作方法
技術領域：
基于VME總線的列車通信網關裝置
技術領域：
本實用新型涉及列車通信網關裝置，尤其涉及一種基于VME總線的列車通信網關裝置。
背景技術：
列車網關是機車不同車廂裝置之間通信的設備，因此為了保證不同車廂裝置之間的通信正常，對列車網關運行的可靠性有很高的要求。列車網關主要實現(xiàn)的是不同網絡之間的橋接功能，因為MVB (多功能車輛總線)和WTB (列車總線)屬于不同的網絡，在網絡協(xié)議、數(shù)據(jù)結構和設備編組等方面都有很大的不同。因此要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨網絡通信傳輸就需 要用到網關設備。在列車網關系統(tǒng)中，背板總線是幾個信號功能模塊間相互通信的物理通道，因此需要采用穩(wěn)定性很高的背板總線。以前網關采用的背板總線是一條直連的印制板線路，相當于把三個模塊的外部接口直接由導線連接，使用的通信協(xié)議就是CPU的外部總線協(xié)議。CPU外部總線在驅動能力方面較弱，不適合跨板級傳輸，因此對網關的穩(wěn)定性造成一定的影響。由于外掛的是CPU外部總線，在設計時依賴CPU的資源和性能，設計時有局限性和依賴性，同時不利于擴展設計。

實用新型內容有鑒于此，為了實現(xiàn)較高的穩(wěn)定性和可靠性，本實用新型提供一種基于VME總線的列車通信網關裝置。一種基于VME總線的列車通信網關裝置，包括CPU模塊、MVB模塊20及WTB模塊，所述CPU模塊負責所述網關裝置的啟動配置和任務調度，所述MVB模塊連接多功能車輛總線并負責收發(fā)MVB總線數(shù)據(jù)及MVB總線的設備管理，所述WTB模塊連接列車總線并負責收發(fā)WTB總線數(shù)據(jù)及WTB總線的設備管理。所述網關裝置還包括VME背板總線，所述CPU模塊、MVB模塊和WTB模塊分別與所述VME背板總線之間進行連接，所述VME背板總線為所述CPU模塊、MVB模塊和WTB模塊提供信息交互的通道。優(yōu)選地，所述CPU模塊、MVB模塊、WTB模塊和VME背板總線每一個模塊對應一個PCB印制板。優(yōu)選地，所述CPU 模塊包括 CPU、BootROM, NorFlash, SDRAM, PHY、RJ45、RS232、FPGA、VME總線驅動及時鐘，所述BootROM、NorFlash、SDRAM、FPGA連接在所述CPU的外部總線上，所述PHY和RS232分別連接在所述CPU的串口控制器的外部引腳上，所述VME總線驅動與所述VME背板總線連接。優(yōu)選地，所述MVB模塊包括485收發(fā)器、光耦隔離、電平轉換、SRAM、FPGA及VME總線驅動，所述SRAM、VME總線驅動以及485收發(fā)器連接在所述FPGA的外部I/O腳上。優(yōu)選地，所述WTB模塊包括DB 9、變壓器、485收發(fā)器、MOS管推挽電路、電平轉換、SRAM,VME總線驅動及FPGA，所述SRAM、VME總線驅動以及485收發(fā)器、MOS管推挽電路連接在所述FPGA的外部I/O腳上。本實用新型的網關裝置采用成熟的VME總線技術增強了列車網絡網關裝置的可靠性和實時性。同時，VME總線技術使得網關裝置內部板級通信速度最大提高到30Mbps的訪問速度。此外，采用VME總線使得網關裝置內部的板插槽最大可以擴展到21 ±夾，同時為雙CPU備份運行提供解決方案。

圖I為本實用新型的優(yōu)選實施例基于VME總線的列車通信網關裝置的結構示意圖。圖2為圖I中的CPU模塊的結構示意圖。圖3為圖I中的MVB模塊的結構示意圖。
·[0015]圖4為圖I中的MTB模塊的結構示意圖。
具體實施方式為了更好地理解本實用新型，以下將結合具體實例及附圖對實用新型的實施方式進行詳細的說明。基于對列車通信網關裝置的需求的考慮，選擇穩(wěn)定性和可靠性較高的VME總線作為背板總線。VME背板總線的是十分成熟的背板總線，有極強的穩(wěn)定性和可靠性，在航天，醫(yī)療等工業(yè)領域得到廣泛的使用。VME總線可以支持多CPU模塊，最大可支持21個模塊連接，可以為網關雙CPU冗余設計提供解決方案。請參閱圖1，列車通信網關裝置按照相應的功能劃分，包括CPU模塊10、MVB (多功能車輛總線)模塊20、WTB (列車總線)模塊30和VME背板總線40。其中，每個部分的相應功能如下=CPU模塊10是幾個模塊的核心部分，負責整個系統(tǒng)啟動配置和任務調度等；MVB模塊20是連接多功能車輛總線(MVB)的接口模塊，負責收發(fā)MVB總線數(shù)據(jù)及MVB總線的設備管理；WTB模塊30是連接列車總線(WTB)的接口模塊，負責收發(fā)WTB總線數(shù)據(jù)及WTB總線的設備管理；VME背板總線40是連接三個功能模塊構成整個系統(tǒng)的總線。CPU模塊10、MVB模塊20和WTB模塊30分別與VME背板總線40之間進行連接，每一個模塊對應一個PCB印制板。CPU模塊10、MVB模塊20、WTB模塊30為信號處理功能模塊，VME背板總線40是連接以上三個模塊的硬件通道，為三個功能模塊提供信息交互的通道。三個信號模塊是之間通信采用的是VME總線方式通信，背板嚴格按照VME總線協(xié)議對底板硬件的要求進行設計，同時三個模塊之間數(shù)據(jù)交互嚴格按照VME總線協(xié)議規(guī)定的時序進行通信。在設計列車網關模塊間基于VME總線通信時需考慮到VME總線信號分為四大類，即數(shù)據(jù)地址信號線、仲裁信號線、中斷信號線和公用信號線，針對不同的信號線VME總線協(xié)議規(guī)定了不同驅動類型和驅動強度。因此，在物理電路設計時，需要根據(jù)VME總線不同的信號線，進行相應的電路設計。請結合參閱圖2，CPU模塊10是主控制器，實現(xiàn)功能以太網接口、實時時鐘、串口接口、任務調度、系統(tǒng)上電配置、VME總線、接口控制實現(xiàn)等功能。CPU模塊10包括以下幾個子模塊CPU、BootROM, NorFlash, SDRAM, PHY、RJ45、RS232、VME 總線驅動及時鐘。CPU 模塊10以CPU為核心，其中BootROM、NorFlash、SDRAM等連接在CPU外部總線上，是CPU啟動以及程序運行的必要外圍電路。其中，PHY和RS232分別連接在CPU串口控制器的外部引腳上，其中PHY實現(xiàn)的是以太網的接入，RS232是串口的接入。VME總線驅動與VME背板總線40連接。具體子模塊功能如下所示。CPU:整個系統(tǒng)的控制中心，實現(xiàn)啟動配置，任務調度等功能。本實用新型的優(yōu)選實施例選取的是MPC860。FPGA:實現(xiàn)VME總線控制器的功能，運行編寫的VME總線控制程序。實現(xiàn)把CPU外部總線時序轉換為VME總線時序，同時管理VME總線的功能，例如中斷管理,仲裁管理等。BootROM 512K Flash,實現(xiàn) CPU (MPC860)的上電配置。NorFlash 16M Flash實現(xiàn)的存儲程序代碼。 PHY :物理網卡，實現(xiàn)以太網物理層控制，實現(xiàn)以太網通信，方便程序的下載。RJ45:網線接口，其內部集成隔離變壓器，其發(fā)送變壓比為I : 2，接收變壓比為
I IoRS232 :串口控制芯片，方便調試用。時鐘時鐘芯片，用于向CPU (MPC860)提供實時時鐘，保證掉電時間不丟失。VME總線驅動由于VME總線協(xié)議對VME總線不同類別信號線的驅動電氣性能要求不同，因此在驅動信號線到背板總線時，就需要針對不同的信號類別選擇不同驅動電路。請結合參閱圖3，MVB模塊20實現(xiàn)485電平標準總線收發(fā)、光耦隔離、MVB總線控制器和VME總線接口控制邏輯等功能，包括以下幾個子模塊485收發(fā)器、光耦隔離、電平轉換、SRAM、FPGA及VME總線驅動。MVB模塊20以FPGA為核心，SRAM、VME總線驅動以及485收發(fā)器(通過電平轉換)等都連接在FPGA的外部I/O腳上，通過對FPGA的編程，控制485收發(fā)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在MVB總線上的收發(fā)功能。同時，通過FPGA編程對VME總線驅動的控制實現(xiàn)VME總線數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。SRAM用于存儲FPGA處理完來自MVB總線或者VME總線的數(shù)據(jù)。具體子模塊功能如下所示。485收發(fā)器由于MVB總線信號標準是RS485標準，因此采用485收發(fā)器對MVB總線信號進行收發(fā)。光耦隔離采用光耦器件對MVB總線和本地進行隔離，保護本地電路。DB 9 實現(xiàn)MVB總線的接入。電平轉換由于光耦輸出輸入要求的是5V電平標準，而FPGA的I/O標準是LVTTL標準，因此要加電平轉換進行電平轉換。SRAM: SRAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存，數(shù)據(jù)有兩個部分一部分是MVB總線上的數(shù)據(jù)，另一部分是CPU送給MVB的數(shù)據(jù)。FPGA :主要實現(xiàn)MVB總線信號和總線控制以及與CPU接口控制。VME總線驅動實現(xiàn)VME總線協(xié)議規(guī)定的信號驅動電路，使信號電氣特性符合VME背板的要求。請結合參閱圖4，WTB模塊30實現(xiàn)變壓器隔離、485電平標準的信號接收、信號推挽電路的發(fā)送、WTB總線控制器和VME總線接口控制邏輯等功能，包括以下子模塊DB 9、變壓器、485收發(fā)器、MOS管推挽電路、電平轉換、SRAM、VME總線驅動及FPGA。WTB模塊30以FPGA為核心，SRAM、VME總線驅動以及485收發(fā)器、MOS管推挽電路等都連接在FPGA的外部I/O腳上，通過對FPGA的編程，控制485收發(fā)器和MOS管推挽電路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在WTB總線上的收發(fā)功能，同時通過FPGA編程對VME總線驅動的控制實現(xiàn)VME總線數(shù)據(jù)收發(fā)等功能。SRAM用于存儲FPGA處理完來自WTB總線或者VME總線的數(shù)據(jù)。具體子模塊功能如下所示。DB 9 :實現(xiàn)接入WTB總線。變壓器隔離采用變壓器對MVB總線和本地進行隔離，保護本地電路。485收發(fā)器對WTB總線信號進行接收。MOS管推挽電路由于SP485 (485收發(fā)器芯片)的輸出電流很小，大概在60mA左右，不滿足WTB驅動。因此選用MOS管推挽電路對信號進行發(fā)送，其驅動電路在200mA左右，可以滿足WTB驅動的要求。電平轉換由于SP485 (485收發(fā)器芯片)對FPGA的輸入信號的是5V電平標準，而FPGA的I/O標準是LVTTL標準，因此要加電平轉換進行電平轉換，同時驅動打開MOS管 的電平時也需要5V電壓的，因此在此處加有電平轉換芯片。SRAM =SRAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存。數(shù)據(jù)有兩個部分一部分是MVB總線上的數(shù)據(jù)，另一部分是CPU送給MVB的數(shù)據(jù)。FPGA :主要實現(xiàn)WTB總線信號編解碼和總線控制，以及與VME接口總線時序的轉化
和管理。VME總線驅動實現(xiàn)VME總線協(xié)議規(guī)定的信號驅動電路，使信號電氣特性符合VME背板的要求。本實用新型的網關裝置采用成熟的VME總線技術增強了列車網絡網關裝置的可靠性和實時性。同時，VME總線技術使得網關裝置內部板級通信速度最大提高到30Mbps的訪問速度。此外，采用VME總線使得網關裝置內部的板插槽最大可以擴展到21 ±夾，同時為雙CPU備份運行提供解決方案。本實用新型的網關裝置符合IEC61375《列車通信網絡》標準，完成了 IEC61375《列車通信網絡》標準的MVB、WTB、RTP協(xié)議棧功能。以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.一種基于VME總線的列車通信網關裝置，包括CPU模塊、MVB模塊(20)及WTB模塊，所述CPU模塊負責所述網關裝置的啟動配置和任務調度，所述MVB模塊連接多功能車輛總線并負責收發(fā)MVB總線數(shù)據(jù)及MVB總線的設備管理，所述WTB模塊連接列車總線并負責收發(fā)WTB總線數(shù)據(jù)及WTB總線的設備管理，其特征在于所述網關裝置還包括VME背板總線，所述CPU模塊、MVB模塊和WTB模塊分別與所述VME背板總線之間進行連接，所述VME背板總線為所述CPU模塊、MVB模塊和WTB模塊提供信息交互的通道。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于VME總線的列車通信網關裝置，其特征在于所述CPU模塊、MVB模塊、WTB模塊和VME背板總線每一個模塊對應一個PCB印制板。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于VME總線的列車通信網關裝置，其特征在于所述CPU模塊包括 CPU、BootROM、NorFlash、SDRAM，PHY、RJ45、RS232、FPGA、VME 總線驅動及時鐘，所述BootROM, NorFlash, SDRAM、FPGA連接在所述CPU的外部總線上，所述PHY和RS232分別連接在所述CPU的串口控制器的外部引腳上，所述VME總線驅動與所述VME背板總線連接。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于VME總線的列車通信網關裝置，其特征在于所述MVB模塊包括485收發(fā)器、光耦隔離、電平轉換、SRAM、FPGA及VME總線驅動，所述SRAM、VME總線驅動以及485收發(fā)器連接在所述FPGA的外部I/O腳上。
5.根據(jù)權利要求I所述的基于VME總線的列車通信網關裝置，其特征在于所述WTB模塊包括DB 9、變壓器、485收發(fā)器、MOS管推挽電路、電平轉換、SRAM、VME總線驅動及FPGA，所述SRAM、VME總線驅動以及485收發(fā)器、MOS管推挽電路連接在所述FPGA的外部I/O腳上。
專利摘要一種基于VME總線的列車通信網關裝置，包括CPU模塊、MVB模塊20及WTB模塊，CPU模塊負責網關裝置的啟動配置和任務調度，MVB模塊連接多功能車輛總線并負責收發(fā)MVB總線數(shù)據(jù)及MVB總線的設備管理，WTB模塊連接列車總線并負責收發(fā)WTB總線數(shù)據(jù)及WTB總線的設備管理。網關裝置還包括VME背板總線，CPU模塊、MVB模塊和WTB模塊分別與VME背板總線之間進行連接，VME背板總線為CPU模塊、MVB模塊和WTB模塊提供信息交互的通道。本實用新型的網關裝置采用成熟的VME總線技術增強了列車網絡網關裝置的可靠性和實時性。同時，VME總線技術使得網關裝置內部板級通信速度最大提高到30Mbps的訪問速度。此外，采用VME總線使得網關裝置內部的板插槽最大可以擴展到21塊，同時為雙CPU備份運行提供解決方案。
文檔編號H04L12/66GK202652246SQ20122020509
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權日2012年5月9日
發(fā)明者王婷, 王旖雯 申請人:武漢正遠鐵路電氣有限公司