专利名称：Wtb-以太网网关设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及符合TCN标准的WTB网络控制系统，是具有以太网通信 能力的WTB网络通讯设备。广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车 辆等实时性要求较高、能够自动编组的工业控制领域。
背景技术：
IEC61375-1《列车通信网络》(简称TCN标准)，是一项国际标准，也是我 国铁路行业标准。TCN标准是为铁路机车车辆这一特殊应用领域设计的现场总 线标准，它制定了一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互 联挂、不同厂商的设备能够互联。TCN标准一共定义了多功能车辆总线MVB 和绞线式列车总线WTB两种形式，其中MVB总线连接一个车辆内的设备，总 线工作频率为1.5Mbit/s，介质为双绞线或光纤。MVB总线在链路层提供了两种
传输服务(1)过程数据周期性的，源寻址广播数据；(2)消息数据按 需传送的，目标寻址的数据报文。
以太网是公认的最具发展前途的现场总线之一,IEEE 802.3标准是它的国际 标准。以太网标准遵循ISO/OSI模型，采用了其中的链路层、传输层、网络层、 会话层、表示层和应用层。以太网是一种有效支持分布式控制和实时控制系统 的通信网络，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
目前，由于列车旅客信息系统的服务要求，国内外先进TCN网络控制系统 需要通过以太网接口，与GPRS、 CDMA、 GPS等无线网络进行数据通信，将列 车信息传送到远程监控中心，方便于列车设备的日常维护及检修。于是WTB-以太网网关便成为TCN网络控制系统必需的关键设备，使得以太网与WTB网 络达到无缝地结合。虽然可以直接采购国外WTB-以太网网关，但是国内还没有 应用于机车车辆行业的具有自主知识产权的WTB-以太网网关，所以WTB-以太 网网关的研制成功，标志着全部WTB-以太网转换技术已经攻克，填补了国内这 一领域的空白，使我国的TCN网络控制技术上了一个新台阶。对于国内铁路机 车车辆行业的技术创新具有现实意义。发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的WTB-以太网网关设备，主要应用于在 铁路列车、地铁列车和城市轨道行业的WTB网络控制系统中，连接以太网网络 设备。它既具有WTB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也具有以 太网链路层、传输层、网络层、会话层、表示层和应用层功能。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的
一种WTB-以太网网关设备，其特征在于包括核心处理电路，与其电连接的 WTB共享RAM、 MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA处理器、WTB总线驱 动器、以太网协议控制器、隔离变压器和以太网物理层接口，其中的核心处理 电路利用WTB共享RAM与MCU微控制器进行数据通信，通过HDLC控制器 和FPGA处理器转化生成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线 上；同时也将数据传送到以太网协议控制器中转化为链路层报文，通过隔离变 压器变成隔离的差分电平信号，经以太网物理层接口传送到以太网上去。
所述的核心处理电路包括中央处理器，与其电连接的FLASH、 SDRAM、 电源管理电路、复位电路、非易失性存贮单元和实时时钟。核心处理电路作为 网关核心处理单元，不仅完成WTB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功 能，也完成以太网链路层、传输层、网络层、会话层、表示层和应用层功能。 同时中央处理器将采集的数据信息生成用于列车车辆诊断分析的数据流，存贮 于非易失性存贮单元。
所述的MCU微控制器是WTB网络的核心部件，完成WTB总线链路层功 能；WTB总线驱动器是以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的，完成 WTB总线物理层功能；WTB共享RAM是以SRAM为物理介质的，存贮相关 通信数据。核心处理电路和MCU微控制器同时访问WTB共享RAM的SRAM 区，通过控制信号来解决争用冲突问题，在双方争用同一地址单元时，其片内 硬件电路可根据两边的地址、片选以及读写信号到达先后顺序来裁决哪方有使 用权，避免因此而产生的读写错误。而MCU微控制器通过HDLC控制器和FPGA 处理器将数据转化生成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器完成对WTB总线的 操作。
所述的以太网协议控制器是以太网网络的核心部件，完成以太网链路层功 能；以太网物理层接口是以RJ45连接器为核心的，完成以太网总线物理层功能；隔离变压器将差分信号进行电气隔离。核心处理电路通过数据线和地址线并行 访问以太网协议控制器，经过隔离变压器进行电气隔离调整，经以太网物理层 接口对以太网网络进行操作。
与现有技术相比较，本实用新型的优点在于
(1) 本实用新型符合IEC61375和IEEE 802.3，填补了国内在WTB网络与 以太网数据转换这一技术领域的空白。
(2) 本实用新型提供了基于正C61131-3的工程化应用平台，提高了工程化 水平，降低了工程开发成本，縮短了工程周期。
(3) 本实用新型通过了TCN网络产品例行试验项目，完成与国外WTB产 品的一致性测试。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型核心处理电路的硬件结构图。
图3是本实用新型中央处理器及其外围电路接口电路图4是本实用新型MCU微控制器及其外围电路接口电路图5是本实用新型以太网协议控制器及其外围电路接口电路图； 图1是本实用新型的说明书摘要附图。
具体实施方式
如图1所示的一种WTB-以太网网关设备，包括核心处理电路、WTB共享 RAM、 MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA处理器、WTB总线驱动器、以 太网协议控制器、隔离变压器和以太网物理层接口。
如图3所示，所述的核心处理电路是以32位中央处理器为核心的，外围配 置FLASH、 SDRAM、电源管理电路、非易失性存贮单元、复位电路和实时时 钟。其中所述的中央处理器选用NetSilicon公司的32位处理器NET+50，它内 嵌ARM7TDMI核，支持32位内部总线，有40个可编程I/O接口引脚，16个输 入接口引脚，36个可编程中断。本系统中，处理器的晶振频率为18.432M，异 步访问SDRAM的周期为60ns。由于WTB协议控制器插入的等待时间可达10us， 因而处理器的访问速度保证了 MCU微控制器对WTB总线数据的可靠接收和发 送。如图4所示，所述的MCU微控制器是WTB网络的核心部件，选用Zilog 公司的Z8S180芯片，具有WTB高级设备功能；WTB总线驱动器是以RS485 协议控制器和MOSFET器件为核心的，选用Ltcl485和ZVN2106GTA芯片，具 有RS485差分信号收发及电平驱动功能；WTB共享RAM电路是以SRAM为物 理介质的，选用IS62C1024芯片，用来存贮核心处理电路与MCU微控制器相互 交换的通信数据。
如图5所示，所述的以太网协议控制器是以太网网络的核心部件，选用Intel 公司的LXT971ALE芯片，支持IEEE 802.3规范；以太网物理层接口是以以太 网连接器发器为核心的，选用RJ45器件，具有增强以太网总线驱动功能；隔离 变压器是对信号进行电气隔离，选用BE1012器件，调整和整形电气信号。
权利要求1、一种WTB-以太网网关设备，其特征在于包括以32位ARM7处理器为核心的，外围配置FLASH、SDRAM、电源管理电路、电压监控、复位电路和实时时钟的核心处理电路、以8位单片机处理器为核心的MCU微控制器、以ESCC控制器为核心的HDLC控制器、以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的WTB总线驱动器、以SRAM为物理介质的WTB共享RAM、以以太网物理芯片为核心的以太网协议控制器、以物理变压器为核心的隔离变压器、以以太网物理连接器为核心的以太网物理层接口和以FPGA为物理介质的FPGA处理器，其中的核心处理电路中电源管理电路通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述电路中的所有芯片提供供电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址线异步访问FLASH，同时通过32根数据线和14根地址线同步访问SDRAM，完成程序的执行；WTB总线上的冗余差分数据信号通过两组信号线分别传送到两个RS485协议控制器Ltc1485芯片，转化成两组电平信号传送到FPGA处理器，经串行总线存放于HDLC控制器中，再通过8根数据线和2根地址线传送到MCU微控制器中，并存放于WTB共享RAMIS62C1024芯片中；ARM7处理器NET+50芯片通过16根数据线、19根地址线和控制线互锁机制，优先于MCU微控制器Z8S180访问WTB共享RAMIS62C1024芯片，并取得设备数据，再经以太网协议控制器LXT971ALE芯片把并行数据转化为串行数据，传送到隔离变压器进行信号电气隔离，最后通过以太网物理层接口RJ45器件传送到以太网上形成以太网差分信号；反之，从以太网到WTB总线的设备数据传输过程与上述过程相类似。
专利摘要本实用新型公开了一种WTB-以太网网关设备，其特征在于包括核心处理电路，与其电连接的WTB共享RAM、MCU微控制器、HDLC控制器、FPGA处理器、WTB总线驱动器、以太网协议控制器、隔离变压器和以太网物理层接口，核心处理电路利用WTB共享RAM与MCU微控制器进行数据通信，通过HDLC控制器和FPGA处理器转化生成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线上；同时也将数据传送到以太网协议控制器中转化为链路层报文，通过隔离变压器变成隔离的差分电平信号，经以太网物理层接口传送到以太网上去。本实用新型可广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆等和自动编组的工业控制领域。
文档编号H04L12/66GK201274496SQ20082021818
公开日2009年7月15日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者跃 于, 任宝兵, 健 吴, 杜振环, 谭雷雨 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心