一种TCN数据包采集接口、TCN网络测试系统的制作方法

本实用新型属于轨道交通车辆技术领域，特别涉及一种TCN数据包采集接口、TCN网络测试系统。

背景技术：

TCN网络(Train Communication Network列车通信网络)是专门为铁路机车/动车的控制而开发的网络技术。一个典型的TCN网络系统的拓扑结构如图1所示。

TCN网络包括两层总线结构：绞线式列车总线WTB(Wire TrainBus)和多功能车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)，其中WTB与MVB之间通过网关(节点)进行协议转换。

绞线式列车总线WTB是对Siemens的DIN43322总线的改进，主要用于车辆之间的重联通信，其最大的特点是具有列车初运行和烧结(通信连接器触点去氧化)等功能，能自动识别车辆在列车编组中的位置和方向，从而满足开式列车需要频繁编组等特殊要求。多功能车辆总线MVB则来源于ADtranz公司的MICAS总线(后更名为多功能车辆总线MVB)，主要用于车辆内控制设备的互联。TCN网络采用基于总线管理器(BA)的集中式介质访问控制，并支持介质和总线管理器的冗余，因而具有强实时性和高可靠性等特点。这两种总线分别具有不同的特性，具体见下表1。

表1MVB和WTB总线的不同特性

TCN网络的测试得到了欧洲铁路研究所组织的机车测试项目(ROSIN，TrainCom等)的支持。在国际铁路联盟(UIC，International Union of Rail ways)等用户组织的支持下，该技术最终于1999年9月被采纳为列车通信网络国际标准IEC61375-1。而后，完成了IECTCN网络一致性测试标准(IEC61375-2)的制定工作。同时对MVB和WTB的测试方法以及评价标准均作出了规定。

此外，由于MVB总线包含有基于RS-485的双绞线(ESD+)、变压器耦合的双绞线(EMD)和带星耦器的光钎(OGF)三种总线介质，其测试方法和评价标准均有所不同，本实用新型仅涉及基于电测试的WTB、ESD+以及EMD介质，对于基于光测试的OGF介质，本实用新型不涉及。

目前，我国国内对于TCN网络的应用基本处于成熟期，各种轨道交通车辆均有非常多的成功应用案例，各个TCN研发单位也逐渐掌握其核心技术。然而，对于TCN的测试，尚处于发展阶段。

在实际应用过程中，开发阶段可以通过多种仿真软件甚至是半实物仿真技术，令开发人员得到理想化的调试和测试环境，定位故障相对较为方便快捷；但在装车运用过程中，难免出现意料之外的故障问题，此时试验测试人员常常需要跟车长时间测试，并且通常需要在短时间内排查出故障点并分析故障原因。

目前，市面上仅存在能够满足单一TCN总线和介质的测试系统，并且功能日趋强大成熟，但总的来看，每一种TCN网络测试系统(除了针对OGF介质的测试系统)均包括相应的TCN数据包采集接口和上位机，其中TCN数据包采集接口用于采集和解码TCN网络中的数据帧，并将其送至上位机，最后在上位机上进行分析处理。

如图2所示，现有的TCN网络测试系统中的TCN数据包采集接口包括D型9针头1、D型9孔头2、解码模块3和测试接口4，其中D型9针头1和D型9孔头2均接入待测试的TCN网络。

根据IEC 61375-1标准要求，当测试系统为针对ESD+介质的测试系统时，解码模块3为ESD+接口解码模块，ESD+接口解码模块有12个信号输入端，分别对应D型9针头1的1/2/4/5/6/7号引脚以及D型9孔头2的1/2/4/5/6/7号引脚，同时D型9针头1的相应引脚与D型9孔头2的相应引脚连接，并将二者的1/2/6号引脚作为ESD+接口解码模块的MVB_LINE A测试输入端，且将二者的4/5/7号引脚作为ESD+接口解码模块的MVB_LINE B测试输入端。

根据IEC 61375-1标准要求，当测试系统为针对EMD介质的测试系统时，解码模块3为EMD接口解码模块，EMD接口解码模块有8个信号输入端，分别对应D型9针头1的1/2/4/5号引脚以及D型9孔头2的1/2/4/5号引脚，同时D型9针头1的相应引脚与D型9孔头2的相应引脚连接，并将二者的1/2号引脚作为EMD接口解码模块的MVB_LINE A测试输入端，且将二者的4/5号引脚作为EMD接口解码模块的MVB_LINE B测试输入端。

根据IEC 61375-1标准要求，当测试系统为针对WTB总线的测试系统时，解码模块3为WTB接口解码模块，WTB接口解码模块有4个信号输入端，分别对应D型9针头1的1/2号引脚以及D型9孔头2的1/2号引脚，同时D型9针头1的相应引脚与D型9孔头2的相应引脚连接，并将二者的1/2号引脚作为WTB接口解码模块的MVB_LINE A测试输入端。

若TCN网络中仅存在一种总线和介质，则现有的TCN网络测试系统完全能够满足测试要求。但是，随着轨道交通车辆产品的专业化和丰富多样的市场要求，装车运用的TCN总线和介质往往也呈现多样化趋势，因此，在测试和调试时有可能面临现场存在多种TCN总线和介质混合的情况，因此，在对TCN网络进行测试时，测试人员或厂家需要携带多种测试系统，在测试过程中需要进行多次切换测试，费时费力，成本高。

技术实现要素：

现有技术中的TCN数据包采集接口仅能采集一种TCN网络数据帧，且现有的TCN网络测试系统仅能测试单一的总线和介质，不能满足产品多样化的要求，测试过程费时费力，成本高。本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种通用的TCN数据包采集接口、TCN网络测试系统，适用于多种TCN总线和介质混合的情况，测试过程中无需进行硬件切换，省时省力，成本低廉。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种TCN数据包采集接口，包括D型9针头、D型9孔头、解码模块和测试接口，其结构特点是还包括控制模块和调试接口，所述解码模块包括CPU、主存和闪存；其中控制模块通过调试接口与主存相连，CPU通过主存与闪存相连，D型9针头和D型9孔头均通过CPU与测试接口相连；闪存中设有ESD+接口解码模块、EMD接口解码模块和WTB接口解码模块，控制模块通过主存控制CPU调取闪存中的内容。

借由上述结构，当现场存在多种TCN总线和介质混合的情况下，由于闪存中预设ESD+接口解码模块、EMD接口解码模块和WTB接口解码模块，当需要对某一种TCN总线或介质进行测试时，通过控制模块发送相应的测试指令至CPU，CPU再从闪存中调取相应的测试解码模块，即可采集相应TCN总线和介质的数据帧，进行TCN网络测试。可见，本实用新型克服了过去不同测试条件下需要配备多套测试系统的缺点，适用于多种TCN总线和介质混合的测试环境，测试过程中无需进行硬件切换，省时省力，大大提高了测试的效率，且成本低廉。

作为一种优选方式，所述D型9针头的1号引脚与D型9孔头的1号引脚相连并与CPU的第一测试输入端相连，D型9针头的2号引脚与D型9孔头的2号引脚相连并与CPU的第二测试输入端相连，D型9针头的4号引脚与D型9孔头的4号引脚相连并与CPU的第三测试输入端相连，D型9针头的5号引脚与D型9孔头的5号引脚相连并与CPU的第四测试输入端相连，D型9针头的6号引脚与D型9孔头的6号引脚相连并与CPU的第五测试输入端相连，D型9针头的7号引脚与D型9孔头的7号引脚相连并与CPU的第六测试输入端相连。

根据IEC 61375-1标准要求，当针对ESD+介质进行测试时，ESD+接口解码模块有12个信号输入端，分别对应D型9针头的1/2/4/5/6/7号引脚以及D型9孔头的1/2/4/5/6/7号引脚，同时D型9针头的相应引脚与D型9孔头的相应引脚连接，并将二者的1/2/6号引脚作为ESD+接口解码模块的MVB_LINE A测试输入端，且将二者的4/5/7号引脚作为ESD+接口解码模块的MVB_LINE B测试输入端。

根据IEC 61375-1标准要求，当针对EMD介质进行测试时，EMD接口解码模块有8个信号输入端，分别对应D型9针头的1/2/4/5号引脚以及D型9孔头的1/2/4/5号引脚，同时D型9针头的相应引脚与D型9孔头的相应引脚连接，并将二者的1/2号引脚作为EMD接口解码模块的MVB_LINE A测试输入端，且将二者的4/5号引脚作为EMD接口解码模块的MVB_LINE B测试输入端。

根据IEC 61375-1标准要求，当针对WTB总线进行测试时，WTB接口解码模块有4个信号输入端，分别对应D型9针头的1/2号引脚以及D型9孔头的1/2号引脚，同时D型9针头的相应引脚与D型9孔头的相应引脚连接，并将二者的1/2号引脚作为WTB接口解码模块的MVB_LINE A测试输入端。

借由本实用新型中的结构，为适应各种总线和介质的测试标准，当针对ESD+介质进行测试时，CPU读取第一测试输入端、第二测试输入端、第三测试输入端、第四测试输入端、第五测试输入端和第六测试输入端的输入信号；当针对EMD介质进行测试时，CPU读取第一测试输入端、第二测试输入端、第三测试输入端和第四测试输入端的输入信号；当针对WTB总线进行测试时，CPU读取第一测试输入端和第二测试输入端的输入信号，由此，可以采集不同的总线或介质数据帧。

基于同一个发明构思，本实用新型还提供了一种TCN网络测试系统，包括上位机和所述的TCN数据包采集接口，所述测试接口与上位机相连。

TCN数据包采集接口采集到数据后，由测试接口将接收到的MVB或WTB数据帧封装转换成上位机能够识别的相应传输介质(如以太网、USB、WIFI、蓝牙等)，由上位机进行分析处理。

ESD+接口解码模块、EMD接口解码模块和WTB接口解码模块均是现有技术中已有的成熟的软件模块，将其预设于闪存内、利用控制模块输出不同的激励信号以从闪存中调取相应的内容所涉及的计算机程序属于本领域的技术人员利用现有的计算机程序开发平台和熟知的编程方法可以容易实现其功能的程序，因此本实用新型不涉及对计算机程序本身提出改进，属于实用新型的保护客体。

与现有技术相比，本实用新型适用于多种TCN总线和介质混合的测试环境，测试过程中无需进行硬件切换，省时省力，大大提高了测试的效率，且成本低廉。

附图说明

图1为典型的TCN网络系统的拓扑结构图。

图2为现有的TCN数据包采集接口结构示意图。

图3为本实用新型TCN数据包采集接口结构示意图。

图4为本实用新型针对ESD+介质进行测试时的原理图。

图5为本实用新型针对EMD介质进行测试时的原理图。

图6为本实用新型针对WTB总线进行测试时的原理图。

其中，1为D型9针头，2为D型9孔头，3为解码模块，4为测试接口，5为控制模块，6为调试接口，7为CPU，8为主存，9为闪存，10为主板，11为ESD+接口解码模块，12为EMD接口解码模块，13为WTB接口解码模块。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型TCN数据包采集接口包括D型9针头1、D型9孔头2、解码模块3、测试接口4、控制模块5和调试接口6，所述解码模块3包括CPU7、主存8和闪存9；其中控制模块5通过调试接口6与主存8相连，CPU7通过主存8与闪存9相连，D型9针头1和D型9孔头2均通过CPU7与测试接口4相连；闪存9中设有ESD+接口解码模块11、EMD接口解码模块12和WTB接口解码模块13，控制模块5通过主存8控制CPU7调取闪存9中的内容。

所述D型9针头1的1号引脚与D型9孔头2的1号引脚相连并与CPU7的第一测试输入端相连，D型9针头1的2号引脚与D型9孔头2的2号引脚相连并与CPU7的第二测试输入端相连，D型9针头1的4号引脚与D型9孔头2的4号引脚相连并与CPU7的第三测试输入端相连，D型9针头1的5号引脚与D型9孔头2的5号引脚相连并与CPU7的第四测试输入端相连，D型9针头1的6号引脚与D型9孔头2的6号引脚相连并与CPU7的第五测试输入端相连，D型9针头1的7号引脚与D型9孔头2的7号引脚相连并与CPU7的第六测试输入端相连。

D型9针头1、D型9孔头2、解码模块3、测试接口4和调试接口6均位于主板10上。

由于D型9针头1和D型9孔头2的使用，使得TCN数据包采集接口能够方便的接入任意TCN总线系统中而不影响原被试总线系统的正常工作状态；由于解码模块3的使用，使得TCN数据包采集接口能够方便地切换适配ESD+、EMD和WTB的TCN总线介质并完成数据包解码；由于调试接口6和控制模块5的使用，使得TCN数据包采集接口能够方便地进行故障调试和功能升级。数据包解码分析功能的随时升级使得TCN数据包采集接口的适用性得到大幅度改善。

在控制模块5内设置一个2bit位的状态机，组成00/01/10/11四种状态，分别定义对应关闭状态、ESD+介质测试状态、EMD介质测试状态以及WTB总线测试状态。

调试接口6通过主板10的内部实时总线(比如但不限于PCI、PICe、PC104等)，与解码模块3建立通信。

本实用新型TCN网络测试系统包括上位机和所述的TCN数据包采集接口，所述测试接口4与上位机相连。

利用本实用新型所述的TCN网络测试系统进行TCN网络测试的方法包括以下步骤：

步骤一，将D型9针头1和D型9孔头2接入待测试的TCN网络；

步骤二，控制模块通过调试接口6和主存8发送测试指令至CPU7；

步骤三，CPU7根据测试指令通过主存8调取闪存9中的ESD+接口解码模块11、EMD接口解码模块12或WTB接口解码模块13；

步骤四，D型9针头1和D型9孔头2将TCN网络中的数据帧输入至CPU7，数据帧经CPU7解码后经测试接口4输出至上位机。

当控制模块5给定状态机为关闭状态时，主板10上解码模块3不对信号输入端的TCN信号进行处理，此时主板10上解码模块3的输出端输出为“空(NULL)”。

当控制模块5给定状态机为ESD+介质测试状态时，测试系统针对ESD+介质进行测试，相应的TCN数据包采集包原理框图如图4所示。所述步骤二中，控制模块5发送测试ESD+介质的测试指令(01)至CPU7；所述步骤三中，CPU7根据测试指令通过主存8调取闪存9中的ESD+接口解码模块11；所述步骤四中，CPU7读取第一测试输入端、第二测试输入端、第三测试输入端、第四测试输入端、第五测试输入端和第六测试输入端的输入信号(其中第一测试输入端、第二测试输入端和第五测试输入端作为ESD+接口解码模块11的MVB_LINE A测试输入端；第三测试输入端、第四测试输入端和第六测试输入端作为ESD+接口解码模块11的MVB_LINE B测试输入端)，输入信号经CPU7内的ESD+接口解码模块11解码后经测试接口4输出至上位机。

当控制模块5给定状态机为EMD介质测试状态时，测试系统针对EMD介质进行测试，相应的TCN数据包采集包原理框图如图5所示。所述步骤二中，控制模块5发送测试EMD介质的测试指令(10)至CPU7；所述步骤三中，CPU7根据测试指令通过主存8调取闪存9中的EMD接口解码模块12；所述步骤四中，CPU7读取第一测试输入端、第二测试输入端、第三测试输入端和第四测试输入端的输入信号(其中第一测试输入端和第二测试输入端作为ESD+接口解码模块11的MVB_LINE A测试输入端；第三测试输入端和第四测试输入端作为ESD+接口解码模块11的MVB_LINE B测试输入端)，输入信号经CPU7内的EMD接口解码模块12解码后经测试接口4输出至上位机。

当控制模块5给定状态机为WTB总线测试状态时，测试系统针对WTB总线进行测试，相应的TCN数据包采集包原理框图如图6所示。所述步骤二中，控制模块5发送测试WTB总线的测试指令(11)至CPU7；所述步骤三中，CPU7根据测试指令通过主存8调取闪存9中的WTB接口解码模块13；所述步骤四中，CPU7读取第一测试输入端和第二测试输入端的输入信号(其中第一测试输入端和第二测试输入端作为ESD+接口解码模块11的MVB_LINE A测试输入端)，输入信号经CPU7内的WTB接口解码模块13解码后经测试接口4输出至上位机。

调试接口6可以通过向解码模块3中的CPU7问询，并从主存8中获得本码模块目前所处于的状态位，用于实现本发明的断电自复功能。

解码模块3中的闪存9能够通过调试接口6刷写更新内部文件，用于实现本发明能力升级和调试的功能。闪存9刷写作业在CPU7中拥有最高优先级，必须是解码模块3处于关闭状态并有电的情况下才能进行，以保护闪存9中的内部文件完整一致。

本实用新型中的闪存9是可擦写式闪存，具有更多的调试和升级空间，可以根据需要挖掘TCN数据流的更多特征和信息。