理器主机之间进行信息交互。由于动车组牵引控制系统的网络板卡上安装有MVB网卡，MVB板卡与网络板卡之间通过ISA总线进行通讯，而网络板卡与处理器主机之间通过Compact PCI连接，两者之间采用CPCI总线进行双向通讯。为解决现有技术中CPU上的CPCI总线和MVB设备上的ISA总线无法直接通讯的问题，设计一种CPCI总线和ISA总线的协议转换器。
[0106]该协议转换器主要由4个模块组成，分别为CPCI局部总线接口扩展时序模块、ISA总线接口时序模块、CPCI总线匹配ISA总线时序接口模块和时钟管理模块。
[0107]CPCI局部总线接口扩展时序模块主要完成对CPCI总线的访问空间1/MEMORY进行配置、CPCI总线的读写访问控制、地址译码和命令译码。局部CPCI总线与CPCI局部总线接口扩展时序模块之间的接口连接如图13所示。两者之间的主要信号包括:地址与数据信号AD【31:0】、命令/字节使能信号C/BE【3:0】、从设备准备好信号TRDY、停止数据传送信号STOP、帧周期信号FRAME和主设备准备好信号IRDY。
[0108]对于停止数据传送信号STOP:由于CPCI总线是高速设备而ISA总线是慢速设备，且CPCI总线的读/写操作时间是很快的，与CPCI总线直接通讯的MVB设备根本反应不过来，数据包丢失严重。当CPCI总线以1方式访问时，在CPCI总线读/写操作中插入等待信号S_WAIT，对CPCI总线的从设备准备好信号TRDY进行控制；当CPCI总线以MEMROY方式访问时，在CPCI总线读/写操作中插入停止数据传送信号STOP，在MEMROY设备本次操作未完成之前，CPCI总线一直处于被打断重连的状态，CPCI总线一直请求当前的读/写操作，直到当前一次操作中不插入停止数据传送信号STOP，CPCI总线才会发起下一次读/写访问。停止数据传送信号STOP由从设备发出，当停止数据传送信号STOP有效时表示从设备请求主设备终止当前的数据传送。图14为从设备准备好信号TRDY、停止数据传送信号ST0P、帧周期信号FRAME和主设备准备好信号IRDY的具体时序图。
[0109]CPCI局部总线接口扩展时序模块与ISA总线接口时序模块的接口连接如图13所示。两者之间的主要信号包括数据使能信号S_DATA_VLD、地址使能信号ADDR_VLD、读使能信号barx_rd、写使能信号barx_wr、字节使能信号S_CBE、数据信号D【31:0】和地址信号A【31:0】。
[0110]采用XILINX公司的IP CORE模块对CPCI总线的操作命令进行识别，产生读/写使能信号S_WRDN、地址使能信号ADDR_VLD、数据使能信号S_DATA_VLD、字节使能信号S_CBE和空间译码信号BASE_HIT。
[0111]对于数据使能信号S_DATA_VLD，由于CPCI总线和ISA总线的读/写速度不一致，需要建立中间数据缓存区BUFFER，即当CPCI总线的写操作即将发生时，将CPCI总线数据写到数据缓存区BUFFER，再传给ISA总线；当CPCI总线的读操作即将发生时，将ISA总线数据先传给数据缓存区BUFFER，再传给CPCI总线。
[0112]读使能信号barx_rd和写使能信号barx_wr的获得方式为:由于当前牵引控制器中基于ISA总线的MVB设备，不同厂商的MVB通讯设备支持的ISA总线的操作方式不一样，可为10设备、MEMROY设备或两者兼有，应根据实际需求，对CPCI总线访问空间进行配置，再根据CPCI总线提供的地址信号和地址使能信号ADDR_VLD，确定MVB设备的片选信号，进一步结合读/写使能信号S_WRDN和空间译码信号BASE_HIT确定本次操作的空间10/MEM0RY，最终得到实际使用的读使能信号barx_rd和写使能信号barx_wr。其中，读使能信号barx_rd中X代表选择的空间，取值为0、1或2 ;写使能信号barx_wr中x代表选择的空间，取值为0、1或2。
[0113]CPCI总线匹配ISA总线时序接口模块与CPCI局部总线接口扩展时序模块之间的接口连接如图13所示。两者之间的主要信号为打断重连信号USER_STOP，该信号主要用于打断停止数据传送信号STOP，CPCI总线设备发起对ISA总线设备的访问，当以MEMORY方式访问时，CPCI总线匹配ISA总线时序接口模块实时作出打断重连信号USER_ST0P来打断停止数据传送信号STOP，以便留给ISA总线设备充裕的时间来完成本次读/写访问，解决CPCI总线和ISA总线读/写操作速度不一致的问题。
[0114]ISA总线接口时序模块与局部ISA总线之间的接口连接如图13所示。两者之间的主要信号包括:数据信号SD、地址信号SA、读/写1设备信号10W/10R、读/写MEMORY设备信号MEMR/MEMW、地址锁存信号BALE。
[0115]时钟管理模块利用FPGA内部时钟网络和锁相环为CPCI局部总线接口扩展时序模块、ISA总线接口时序模块和CPCI总线匹配ISA总线时序接口模块提供工作时钟。图15为该协议转换器1读访问局部时序图。
[0116]图16为该协议转换器访问流程图。主控CPU设备通过CPCI总线对ISA总线接口的MVB设备的实时访问的过程为:
[0117]I)确定CPCI总线访问空间10/MEM0RY，当CPCI总线以MEMROY方式访问插入停止数据传送信号STOP ;当CPCI总线以10方式访问插入等待信号S_WAIT，等待ISA总线设备准备好；
[0118]2)利用地址使能信号ADDR_VLD、读使能信号barx_rd、写使能信号barx_wr和字节使能信号S_CBE确定CPCI总线访问ISA总线的实际地址信号SA和访问模式，其中访问模式包括读操作和写操作；
[0119]3)作出ISA总线的地址锁存信号BALE ；
[0120]4)根据字节使能信号S_CBE，判断32位数据中被使能的字节数据，从中间数据缓存区BUFFER中筛选出相应的8位数据或16位数据与MVB设备进行数据交互；
[0121]5)根据ISA总线规定的读/写信号脉冲宽度，确定读/写10设备信号10W/10R和读/写MEMORY设备信号MEMR/MEMW，进而完成主控CPU设备通过CPCI总线对ISA总线接口的MVB设备的实时访问。
[0122]动车组牵引控制系统是牵引变流器的核心部件，主要对牵引变流器所有的1/0控制、模拟量脉冲量采集、变流器控制、四象限控制、脉冲接口控制、网络通讯控制和逻辑调度控制等。动车组牵引控制系统的功能模块或板卡的控制软件具有相对独立性，且模块或板卡之间有严格的信号接口定义，通过标准总线进行数据交互，保证数据实时有效。
[0123]动车组牵引控制系统的软件架构如图17。通过测试软件完成逻辑调度软件、变流器控制软件、四象限控制软件、信号采集/PWM生成软件、脉冲接口控制软件的自检测；通过网络通讯控制软件完成MVB网络与逻辑调度控制软件的通讯；通过四象限控制软件完成四象限脉冲接口板、四象限信号采样板和四象限快速运算板之间以及与其它模块间的通讯；通过逆变器控制软件完成逆变器脉冲接口板、逆变器信号采样板和逆变器快速运算板之间以及与其它模块间的通讯。
[0124]动车组牵引控制系统的运行流程如图18:
[0125]I)动车组牵引控制系统初始化；
[0126]2)系统初始化是否成功，若系统初始化失败，显示错误；若系统初始化成功，启动系统自检测程序；
[0127]3)系统自检测是否成功，若系统自检测不成功，显示错误；若系统自检测成功，启动网络通信控制软件；
[0128]4)检测网络通信是否成功，若网络通信不成功，返回步骤3);若网络通讯成功，启动四象限控制软件；
[0129]5)检测四象限控制程序是否启动成功，若四象限控制程序启动不成功，启动四象限保护程序，记录故障并显示错误；若四象限控制程序启动成功，启动逆变器控制程序；
[0130]6)检测逆变器控制程序是否启动成功，若逆变器控制程序启动不成功，启动逆变器保护程序，记录故障并显示错误；若逆变器控制程序启动成功，返回步骤5)。
[0131]综上，动车组牵引控制系统可实现以下功能:
[0132]I)实现2组牵引变流器控制；
[0133]2)实现2组四象限控制；
[0134]3)实现逻辑控制与保护控制；
[0135]4)实现与列车网络系统MVB通讯；
[0136]5)实现与列车制动系统的电空制动配合；
[0137]6)实现电力牵引和电机制动；
[0138]7)实现过分相控制；
[0139]8)实现防空转控制；
[0140]9)故障记录与诊断维护。
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