一种车载多通道实时电子数据交换设备及数据交换方法
【专利摘要】一种车载多通道实时电子数据交换设备及数据交换方法，交换设备包括机箱、功能板、主控板、硬盘板、外设板、风扇、开关及状态显示面板、一体化上位机，通过一体化上位机，可配置各板卡上通信接口的地址。本发明可用于实现车载各电子设备信息流的顺畅交互和有序控制。
【专利说明】_种车载多通道实时电子数据交换设备及数据交换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子技术与车辆【技术领域】，具体描述的是一种车载多通道实时电子数据交换设备及数据交换方法。
【背景技术】
[0002]随着车辆技术及电子技术的飞速发展，车辆的电子化程度不断提高。以各类通信电台、天线伺服、导航定位等为代表的车载应用设备，以及车辆仪表、液压控制等车辆本身的电气设备越来越多地采用了电子设备，使得电气化车辆上的电子设备众多、信息流复杂、设备之间难以互通。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足，针对电气化车辆上电子设备众多、信息流复杂、设备之间难以互通的问题，提供了一种车载多通道实时电子数据交换设备及数据交换方法，通过上位机可灵活配置工作装备，实现各类车载设备通信接口匹配、实时数据交换、数据存储，并兼具定位授时功能的设备。
[0004]本发明的技术解决方案是:
[0005]一种车载多通道实时电子数据交换设备，包括:机箱、背板、功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板、状态显示面板和一体化上位机。
[0006]背板、功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板和状态显示面板均安装在机箱内部。功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板和状态显示面板均通过PC1-E接口固定安装在背板上，且开关面板和状态显示面板安装在背板上的最外侧的PC1-E接口上，机箱侧壁与开关面板和状态显示面板对应的部位挖空，将开关面板和状态显示面板露出；一体化上位机通过RS-422串口与背板之间进行通信，背板将外部输入+DC28V转换为所述交换设备内部所需直流电源；功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板和状态显示面板之间通过背板上的PC1-E总线进行通信。
[0007]状态显示面板上有多个LED灯，用于显示背板、功能板、主控板、硬盘板和外设板的工作状态。
[0008]硬盘板用于存储电子数据交换中的关键信息，外设板为PC1-E转CAN板卡、PC1-E转1553B板卡、PC1-E转USB板卡、PC1-E转以太网板卡、PC1-E转RS232/422/485板卡和扩展硬盘板卡中的一种或几种。
[0009]开关面板上有多个按钮开关，用于配置其它板卡的供电，开关面板上集成了风扇组件，对机箱内部采用风冷的方式散热。
[0010]功能板对背板、主控板、硬盘板和外设板进行复位，提供时钟信号，主控板根据一体化上位机提供的外设板类型、通信地址以及时间位置基准，设置相应外设板的时间和位置基准，并控制该外设板进行电子数据交换，数据交换过程中，功能板根据一体化上位机提供的编码格式对交换的电子数据进行组帧编码，实现对电子数据的交换。[0011 ] 功能板包括FPGA、PowerPC、PROM、晶振、ADC芯片及DAC芯片。由FPGA实现接口协议转换，提供时钟信号，由PowerPC实现组帧编码，实现对电子数据交换的上层控制；PR0M用于完成加载程序的存储；晶振及ADC芯片和DAC芯片为系统提供频率基准。
[0012]主控板包括FPGA芯片、DSP芯片、SDRAM和Flash。其中FPGA芯片为外设板提供时间和位置基准，DSP芯片控制外设板进行电子数据交换，SDRAM实现加载程序的存储，FLASH实现断电后数据及程序的存储。主控板提供的时间位置基准具体为:时间基准包括日期和时间两部分:日期用16个bit 二进制数表示，以“2000年I月I日”为“0000 0000 00000000”，累计天数；时间用48个bit 二进制数表示，以UTC时间当日O点作为0，累计ms数；位置基准包括位置信息与速度信息两部分:位置信息包括WGS坐标系下的三方向位置，每个方向的位置信息用32个bit 二进制数表示；速度信息包括WGS坐标系下的三方向速度，每个方向的速度信息用32个bit 二进制数表示。
[0013]设备通过一体化上位机给出系统的控制信息，控制信息包括板卡开关、分配的通信地址等。各外设板卡的通信地址由上位机选定。上位机的控制信息编译成程序加载在主控板内。CAN总线数据、1553B总线数据、USB数据、以太网数据、串口数据在主控板的控制之下，完成电子数据的交换。
[0014]本发明基于数据交换设备，还提供了一种电子数据交换方法，步骤如下:
[0015](I)对所述电子数据交换设备进行+DC28V供电；
[0016](2)根据需求打开开关面板上相应板卡的按钮开关，对该板卡进行供电；
[0017](3)通过状态显示面板上LED灯判断所有加电的板卡是否处于正常状态，如果处于正常状态，则功能板对背板、主控板、硬盘板和外设板进行复位，提供时钟信号，之后进入步骤(3)，否则停止；
[0018](4)通过上位机设定待工作外设板的通信地址；
[0019](5)通过上位机设定待工作外设板的类型；
[0020](6)主控板判定上位机设定的待工作外设板类型与实际外设板是否一致，若一致，则进行步骤(7)，若不一致，则返回步骤(5);
[0021](7)重复执行步骤(4)?步骤￠)，对需要工作的所有外设板进行配置；
[0022](8)通过上位机给主控板提供时间位置基准，主控板根据所述时间位置基准配置所有需要工作的外设板的时间位置基准；主控板控制外设板启动电子数据交换；电子数据交换过程中，功能板根据一体化上位机提供的编码格式对交换的电子数据进行组帧编码，硬盘板记录电子数据交换的状态，一体化上位机图表化地显示电子数据交换状态，完成电子数据交换；
[0023](9)通过一体化上位机停止电子数据交换；
[0024](10)关闭开关面板上相应板卡开关。
[0025]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0026](I)相比于现有技术，本发明通过配备相应的板卡实现了不同车载电子设备间不同通信接口的多通道实时电子数据交换，使得不同接口协议下的各型车载电子设备能够互通；
[0027](2)相比于现有技术，本发明可通过一体化上位机配置各个通信站点的地址，实现面向不同应用场景下车载电子设备通信地址的重新分配；
[0028](3)本发明可为不同车载电子设备提供统一的时间与位置信息；
[0029](4)本发明可使得车辆操作人员能够实时掌握车内电子数据交换状态；
[0030](5)本发明可使得设备设计人员在调试情况下能够灵活配置设备的工作状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明设备的结构示意图；
[0032]图2为本发明设备机箱内部板卡插接关系示意图；
[0033]图3为功能板电路原理图；
[0034]图4为主控板电路原理图；
[0035]图5为电子数据交换流程图；
[0036]图6为设备使用流程图。
[0037]具体实施实例
[0038]下面结合附图和具体实施对本发明作进一步详细的描述:
[0039]设备采用背板+插槽的设计方案:背板配备标准PC1-E插槽，其中3个插槽配备功能板卡、主控板卡、硬盘板卡，在其余插槽上使用PC1-E外设板卡实现相关的接口信息交互及存储功能。具体可使用的PC1-E外设板卡包括PC1-E转CAN板卡、PC1-E转1553B板卡、PC1-E转USB板卡、PC1-E转以太网板卡、PC1-E转RS232/422/485板卡、扩展硬盘板卡。
[0040]设备前、后面分别配备状态指示面板、开关面板:设备前面板配置各板卡在位信息/开关信息等设备状态指示灯，可以实时检测设备状态；后面板配置各板卡的独立控制开关，实现对每一块板卡的单独开关。
[0041]上位机在机箱上部，与机箱一体化设计。采用上翻显示器式一体化上位机，配置标准键盘与触摸式鼠标，便于与车辆一体化设计。设备的用户可通过上位机配置各外设板卡的开关状态、各板卡上通信接口的地址。
[0042]设备使用28V直流供电。设备使用强制风冷散热方式，通过在开关面板上设置可插拔风扇组件实现。设备机箱四角设置安装螺栓孔。
[0043]图1本为设备的结构示意图。设备最上部为上翻显示器式一体化上位机。该上位机的显示器可以由前向后折叠打开，与设备机箱固联的上位机主机配备标准键盘与触摸式鼠标。用户可通过上位机软件配置各板卡的开关状态、各板卡上通信接口的地址。机箱前部为标准RS232/422/485、以太网、USB、1553B、CAN接插件。机箱左侧为设备状态指示灯，每块板卡的工作状态采用如下方式表示:灰色表示板卡不在位，红色表示该板卡没有数据交换，绿色表示该板卡对外正在进行数据交换。机箱右侧为设备开关面板，通过开关面板，可单独配置各板卡的开关状态。
[0044]机箱内部板卡插接关系如图2所示。机箱中的板卡包括背板、状态显示面板、功能板、主控板、硬盘板、集成风扇组件的开关面板各一块，可选配的外设板9块。
[0045]背板用于实现各板卡的固定、安装、防护以及接线等，并通过背板之上的电源模块实现对外部输入+DC28V到内部所需直流电源的转换，并为其它各模块提供工作电源及必要的过流、过压、欠压保护功能。背板与其它板卡之间通过PC1-E接口连接。背板与一体化上位机之间通过RS-422串口通信。
[0046]状态显示面板由LED灯及FPGA控制电路组成，用于显示设备各板卡的工作状态。状态显示面板采用LED灯实现设备相应状态的显示，通过背板提供相应板卡的工作状态，通过FPGA控制电路实现相应LED灯的开关控制。
[0047]如图3所示，功能板包括FPGA、PowerPC、PROM、晶振、ADC芯片及DAC芯片。PowerPC完成RS232/422/485、以太网、USB、1553B、CAN等协议之间的组帧编码，将编码后的数据帧送给FPGA ;通过FPGA产生复位信号和时钟信号并输出(提供给背板、主控板、硬盘板和外设板)，同时所述复位信号和时钟信号还提供给ADC和DAC芯片，FPGA为晶振提供频率基准，晶振据此形成本振信号提供给ADC和DAC芯片，同时FPGA将数据帧根据协议类型进行转换，送给ADC和DAC芯片；最后由ADC和DAC芯片完成模数和数模转换。
[0048]主控板负责外设板信息调度控制、状态监控、数据流控制、系统工作时序等，如图4所示，主控板包括FPGA、DSP、SDRAM和Flash。FPGA为外设板提供时间和位置基准，DSP芯片控制外设板进行电子数据交换，SDRAM实现加载程序的存储，FLASH实现断电后数据及程序的存储。在上位机程序指定的时间，向本设备内其它板卡或与本设备连接的其它车载电子设备提供时间与位置基准。时间基准包括日期和时间两部分:日期用16个bit表示，以“2000年I月I日”为“0000 0000 0000 0000”，累计天数，如“2000年I月2日”表示为“0000 0000 0000 0001”;时间用48个bit表示，以UTC时间当日O点作为0，累计ms数，如当日UTC时间“00:00:00”以48个“O”表示。位置基准包括位置信息与速度信息两部分:位置信息包括WGS坐标系下的三方向位置，每个方向的位置信息用32个bit表示；速度信息包括WGS坐标系下的三方向速度，每个方向的速度信息用32个bit表示。
[0049]硬盘板用于存储电子数据交换中的关键信息，由大容量Flash和相应的FPGA控制电路组成，记录设备所交换的电子数据。
[0050]外设板卡包括PC1-E转CAN板卡、PC1-E转1553B板卡、PC1-E转USB板卡、PC1-E转以太网板卡、PC1-E转RS232/422/485板卡、扩展硬盘板卡。在背板中的9个外设板卡槽位中，可任意选用其中之一，实现相应格式的数据转换与软、硬件接口匹配。在本具体实施实例中，PC1-E转CAN板卡、PC1-E转1553B板卡、PC1-E转USB板卡、PC1-E转以太网板卡、PC1-E转RS232/422/485板卡、扩展硬盘板卡各配置一块，剩余3个槽位留空。
[0051]开关板使用按钮开关配置各板卡的供电开关，通过FPGA控制电路实现开关的逻辑控制。开关板上集成了风扇组件，使设备能够采用风冷的方式散热。
[0052]图5为本设备电子数据交换流程图。设备通过一体化上位机给出系统的控制信息，控制信息包括板卡开关、分配的通信地址等。各外设板卡的通信地址由上位机选定，PC1-E转CAN板卡通信地址设为“01”、PC1-E转1553B板卡通信地址设为“02”、PCI_E转USB板卡通信地址设为“03”、PC1-E转以太网板卡通信地址设为“04”、PC1-E转RS232/422/485板卡通信地址设为“05”、扩展硬盘板卡通信地址设为“06”。CAN总线数据、1553B总线数据、USB数据、以太网数据、串口数据在主控板的控制之下，完成电子数据的交换。
[0053]图6为本设备使用流程图。设备的工作流程为:
[0054](I)启动设备供电。
[0055](2)打开机箱开关面板上相应板卡的开关。
[0056](3)通过上位机设定外设板卡的通信地址。
[0057](4)通过上位机设定外设板卡的类型。
[0058](5)主控板卡自动判定上位机设定的外设板卡类型与实际是否一致，若判定一致，则进行(6)，若判定不一致，返回(4)。
[0059](6)判定是否完成全部板卡通信地址机类型的设定，若完成，则进行(7)，若还没有完成，则返回(3)，进行下一块板卡的设置。
[0060](7)通过上位机软件启动电子数据交换。
[0061](8)依据本发明设计的数据格式进行各板卡与设备的定位、授时。
[0062](9)在硬盘板中记录本设备电子数据交换的状态。
[0063](10)在数据交换过程中，可以通过上位机图表化地显示设备电子数据交换状态，供设备操作人员查询使用。
[0064](11)通过上位停止电子数据交换。
[0065](12)关闭开关面板上相应板卡开关。
[0066]以上所述，仅为本发明最佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0067]本发明说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
【权利要求】
1.一种车载多通道实时电子数据交换设备，其特征在于包括:机箱、背板、功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板、状态显示面板和一体化上位机； 背板、功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板和状态显示面板均安装在机箱内部，功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板和状态显示面板均通过PC1-E接口固定安装在背板上，且开关面板和状态显示面板安装在背板上的最外侧的PC1-E接口上，机箱侧壁与开关面板和状态显示面板对应的部位挖空，将开关面板和状态显示面板露出；一体化上位机通过RS-422串口与背板之间进行通信，背板将外部输入+DC28V转换为所述交换设备内部所需直流电源；功能板、主控板、硬盘板、外设板、开关面板和状态显示面板之间通过背板上的PC1-E总线进行通信； 状态显示面板上有多个LED灯，用于显示背板、功能板、主控板、硬盘板和外设板的工作状态； 硬盘板用于存储电子数据交换中的关键信息，外设板为PC1-E转CAN板卡、PC1-E转1553B板卡、PC1-E转USB板卡、PC1-E转以太网板卡、PC1-E转RS232/422/485板卡和扩展硬盘板卡中的一种或几种； 开关面板上有多个按钮开关，用于配置其它板卡的供电，开关面板上集成了风扇组件，对机箱内部采用风冷的方式散热； 功能板对背板、主控板、硬盘板和外设板进行复位，提供时钟信号，主控板根据一体化上位机提供的外设板类型、通信地址以及时间位置基准，设置相应外设板的时间和位置基准，并控制该外设板进行电子数据交换，数据交换过程中，功能板根据一体化上位机提供的编码格式对交换的电子数据进行组帧编码，实现对电子数据的交换。
2.根据权利要求1所述的一种车载多通道实时电子数据交换设备，其特征在于:所述功能板包括 FPGA、PowerPC、PROM、晶振、ADC 芯片及 DAC 芯片；PowerPC 完成 RS232/422/485、以太网、USB、1553B以及CAN协议之间的组帧编码，将编码后的数据帧送给FPGA ^SFPGA产生复位信号和时钟信号并输出，同时所述复位信号和时钟信号还提供给ADC和DAC芯片，FPGA为晶振提供频率基准，晶振据此形成本振信号提供给ADC和DAC芯片，同时FPGA将数据帧根据协议类型进行转换，送给ADC和DAC芯片；最后由ADC和DAC芯片完成模数和数模转换。
3.根据权利要求1所述的一种车载多通道实时电子数据交换设备，其特征在于:所述主控板包括FPGA芯片、DSP芯片、SDRAM和Flash ； FPGA为外设板提供时间和位置基准，DSP芯片控制外设板进行电子数据交换，SDRAM实现加载程序的存储，FLASH实现断电后数据及程序的存储。
4.根据权利要求1所述的一种车载多通道实时电子数据交换设备，其特征在于:所述时间位置基准具体为: 时间基准包括日期和时间两部分:日期用16个bit 二进制数表示，以“2000年I月I日”为“0000000000000000”，累计天数；时间用48个bit 二进制数表示，以UTC时间当日O点作为0，累计ms数；位置基准包括位置信息与速度信息两部分:位置信息包括WGS坐标系下的三方向位置，每个方向的位置信息用32个bit 二进制数表示；速度信息包括WGS坐标系下的三方向速度，每个方向的速度信息用32个bit 二进制数表示。
5.一种基于权利要求1所述交换设备实现的电子数据交换方法，其特征在于步骤如下: (1)对所述电子数据交换设备进行+DC28V供电； (2)根据需求打开开关面板上相应板卡的按钮开关，对该板卡进行供电； (3)通过状态显示面板上LED灯判断所有加电的板卡是否处于正常状态，如果处于正常状态，则功能板对背板、主控板、硬盘板和外设板进行复位，提供时钟信号，之后进入步骤(3)，否则停止； (4)通过上位机设定待工作外设板的通信地址； (5)通过上位机设定待工作外设板的类型； (6)主控板判定上位机设定的待工作外设板类型与实际外设板是否一致，若一致，则进行步骤(7)，若不一致，则返回步骤(5); (7)重复执行步骤(4)?步骤￠)，对需要工作的所有外设板进行配置； (8)通过上位机给主控板提供时间位置基准，主控板根据所述时间位置基准配置所有需要工作的外设板的时间位置基准；主控板控制外设板启动电子数据交换；电子数据交换过程中，功能板根据一体化上位机提供的编码格式对交换的电子数据进行组帧编码，硬盘板记录电子数据交换的状态，一体化上位机图表化地显示电子数据交换状态，完成电子数据交换； (9)通过一体化上位机停止电子数据交换； (10)关闭开关面板上相应板卡开关。
【文档编号】H04L29/08GK104506585SQ201410746253
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】张尧, 李喆, 曹建文, 孙峥皓, 阎岩, 杨玉生, 朱长明, 邓志均, 岑小锋 申请人:中国运载火箭技术研究院