专利名称：基于tcn的多总线车辆通信控制模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁道交通通信控制技术，特别是涉及一种基于TCN的多总线车辆通信控制模块。
背景技术：
现有基于TCN网络的车辆通信控制模块或单元主要采用机箱结构，要实现总线管理与控制功能，至少要使用电源、处理器、总线管理器等插件，使得系统十分复杂，成本高，功耗高，体积大。目前同类产品主要存在以下不足之处(1)通信功能有限只满足了基于TCN的车辆通信控制模块基本功能，没有以太网、USB等通信接口，不能满足车辆内多种现场总线同时并存现状的需求，也不能满足高速数据传输的要求；(2)处理速度慢对于总线管理器及车辆控制而言，实时性要求极高，而采用几十Mhz的处理器难以满足实时通信与控制的要求；(3)存储空间太小由于采用传统NAND FLASH+SRAM的设计方式，使得容量无法加大，相对故障诊断与记录而言，不能满足现有要求；(4)功耗大，体积大由于插件数量多，且没有采用节电设计技术，使得功耗大，体积无法缩小；结构上，采用机箱结构或即使采用模块化，却是从标准3U与6U插件演变而来，体积庞大，重量较重，不便安装，且插件的拆卸也极其困难。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种运行速度快，通讯功能齐全，存储空间大，功耗低，体积小的基于TCN的多总线车辆通信控制模块。
本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现包括CPU处理器，与CPU处理器电连接的存储器、复位电路、LED、时钟电路、温控电路、报警电路、电源电路，所述CPU处理器还与FPGA(现场可编程门阵列)连接，所述FPGA与存储器、MVB总线接口、CAN总线接口连接，所述MVB总线接口还通过缓冲与CPU处理器连接，所述FPGA还与CAN总线接口连接，所述CPU处理器还与通用通信接口连接，所述MVB总线接口与FPGA及CPU连接。
所述CAN总线接口可由CAN协议处理器和带隔离的电平转换电路组成，电平转换电路设计制作在一块独立的PCB板上。MVB总线接口由MVB通信控制器、通信存储器TM、CPU接口口缓冲、FPGA及MVB总线物理层接口，FPGA实现总线仲裁组成，通过MVB总线管理将程序拷贝到CPU SDRAM中运行以提高处理速度；MVB电平转换设计在一块独立的PCB板上，实现MVB不同介质(ESD/EMD/OGF)而不需修改PCB板设计。通用通信接口为太网接口、USB接口、串行总线RS232/RS422/RS485接口。CPU处理器宜选用内置多种通信接口，SDRAM总线与外部总线分离、带数据指令Catch的嵌入式网络处理器。存储器通过程序划分为程序存储器、状态信息及故障信息存储器，存储器的介质为NOR FLASH存储器或NAND FLASH存储器或它们的组合。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点速度快，功能齐全，存储空间大，设备体积小，造价便宜，便于用户编程，将应用层与底层软件区分开来，特别是能够实现用户图形编程。适用于机车/车辆的车辆级控制、故障诊断与通信管理，也可适用于地铁列车或工业自动化等相关领域。
图1为本实用新型的原理框图；图2为本实用新型一实施例结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明参照图1，本实用新型包括CPU处理器1，与CPU处理器1电连接的内存2、复位电路3、LED4、时钟电路5、温控电路6、报警电路7、电源电路8，所述CPU处理器1还与FPGA1O连接，所述FPGA10与存储器9、CAN总线接口12、MVB总线接口11连接，所述MVB总线接口11还直接与CPU处理器1连接，CPU处理器1还与通用通信接口13连接。
参照图2，本实施例在CPU处理器1上连接有复位电路3，LED4，时钟电路5、温控电路6，报警电路7，电源电路8，与CPU处理器1连接的内存2为SDRAM或SRAM2-1，与CPU处理器1连接的存储器9为NOR FLASH 9-1和NAND FLASH 9-2组合，与CPU处理器1连接的通用通信接口13有RS485/RS422接口13-1、USB接口13-2、串口13-3和以太网接口13-4。CPU处理器1和存储器9都与FPGA 10连接，在FPGA 10上连接了MVB总线接口11和CAN总线接口12。
CPU处理器1选用目前国际上流行的Intel公司Xscale核嵌入式网络处理器IXP425，它的主频最高可达533MHz，是一款性价比很高的片上系统SOC芯片，其主要接口有PCI口、UTOPIA接口、USB接口、高速串口、通用串口、SDRAM接口、JTAG调试口以及多个通用I/O口，内部还集成了四路定时器、32K的指令缓存和数据缓存等资源；其内核电压低至1.3V，在高速运行时功耗仅为2W；具有266MHz、400MHz、533MHz三种可配置速度，特别适用于基于网络的控制系统。
LED4设置四个通用状态指示灯，用于指示CPU处理器运行状态、MVB网络状态、故障显示，以及用户应用程序运行状态指示，状态指示灯由CPU的GPIO口缓冲驱动。
时钟电路5选用时钟装置RTC，用于设置系统时钟及故障诊断时的数据记录等。RTC选用串行接口的芯片，通过SPI或IIC接入CPUGPIO口，RTC电池采用电容备份方式。
温控电路6用于测量VCM内部的空气温度，并通过SPI或IIC协议接入CPUGPIO口，用以监测VCM内部过热等故障。
报警电路7设置一个报警输出继电器，由CPU的GPIO口缓冲驱动，用于对外指示VCM的故障状态。模块工作电源与继电器报警输出由面板X7引出，该插座具有电流大、便于PCB安装的特点，为铁路行业首次选用。
电源电路8电源电路为整个VCM提供5V、3.3V、2.5V、1.3V电源。由DC/DC开关电源模块及低压差线性稳压器芯片组成。模块工作电源电压范围为DC24V~137V，额定输出功率为12W。电源输入级设置浪涌电流限制器和备份电容。电源中断耐受时间大于10ms，并向CPU子系统提供电源故障中断指示信号。
FPGA10由FPGA及相应配置电路组成，用于实现MVB、CAN、NAND FLASH等的协议控制与管理及各种总线的仲裁。
MVB总线接口11MVB总线接口是VCM的核心之一，为VCM提供与MVB总线的连接通道。它包括MVB通信控制器、1M字节的通信存储器TM、CPU接口缓冲与控制逻辑以及MVB总线物理层接口。实现MVB总线管理及实现CAN、以太网的网关接口，对外接口采用3个DIN41652标准9芯D型连接器，引脚定义符合TCN标准的规定，由面板X1-X3引出，其中X3为进行总线监视与程序下载用。
CAN总线接口12控制器局域网总线CAN，由CAN协议处理器专用芯片或由FPGA及带隔离的电平转换电路组成，实现对CAN总线管理及与MVB、以太网的网关接口。CAN接口由VCM面板X4 DIN41652标准9芯D型连接器引出。
复位电路3主要实现电源监视，确保CPU上电时序及软件监视功能，确保软件正常运行，当出现软件“跑飞”或死机时及时“唤醒”CPU进入复位状态。
存储器9采用NAND FLASH存储器是技术上的创新和突破，过去只采用NOR FLASH存储器。本实施例的存储器由NOR FLASH和NAND FLASH组成，其中NOR FLASH用作程序存储器及故障记录用，每片NOR FLASH容量为16MB，由多片组成。NAND FLASH用于故障履历记录用，容量16MB~1GB，为首次列车控制领域运用。因NAND FLASH操作时序复杂，故由GPIO或FPGA模拟时序。
内存2SDRAM或SRAM容量为64～256MB，使用不同容量SDRAM时不必更改设计。操作于133MHZ的时钟频率。IXP425提供了SDRAM控制器，最多可接4片SDRAM。实时操作系统RTOS在内存初始化后，将BOOT映像和RTOS应用映像复制到SDRAM中执行。
通用通信接口13有以太网接口，串行总线接口，USB接口和RS485/RS422接口，可以满足目前流行的各种输入输出接口的需要。
以太网接口13-4通过RJ45工业以太网连接器引出，实现MVB装置、CAN装置到以太网的转换，以利于高速数据传输；调试与故障数据下载等接口、可下载程序、监视CPU运行状态及将故障履历数据下载到PC或车载监视等设备。
串行总线接口13-3串行接口由CPU及串口电平转换电路组成，主要作为基于PC机的VCM装置调试终端接口，用于底层程序下载、监视等调试功能，波特率最大为115.2Kbps。
USB接口13-2由CPU及接口电路组成，实现PC机及可移动存储设备如U盘，USBdisk与VCM的连接，从而实现VCM的程序下载、参数设置、故障履历数据下载等功能。
RS485/RS422接口13-1提供一个带光电隔离RS485/RS422接口，主要用于提供基于多点RS485/RS422标准协议的通信接口，便于与三方设备连接，波特率最大为1Mbps。该接口经X5、X6 DB9插头从VCM面板引出。
本实用新型的工作原理CPU处理器1为车辆通信控制模块整个通信管理的核心部分，一方面对通用通信接口13、MVB总线接口11、CAN总线接口12的通信总线实施管理，实现网关功能，即通过上述通信总线实现各现场总线设备间的数据交换和资源共享。另一方面将采集到的各现场设备的信息进行处理后在必要时传送到其他现场设备，实现对整个系统的控制、诊断、显示，并将相关信息存储在存储器9中。通过上述现场总线特别是USB及以太网，非常方便地将信息资料下载到PC机和其他地面处理系统进行分析处理。FPGA 10在此参与通信协议处理及实现对模块内部各芯片间的总线仲裁。上述现场总线设备除了包括各种I/O模块外，还包括了显示器及其他执行机构。
权利要求1.一种基于TCN的多总线车辆通信控制模块，包括CPU处理器，与CPU处理器电连接的存储器、复位电路、LED、时钟电路、温控电路、报警电路、电源电路，所述CPU处理器还与FPGA连接，所述FPGA与存储器、MVB总线接口、CAN总线接口连接，所述MVB总线接口还通过缓冲与CPU处理器连接，其特征在于所述FPGA还与CAN总线接口连接，所述CPU处理器还与通用通信接口连接，所述MVB总线接口与FPGA及CPU连接。
2.根据权利要求1所述的基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其特征在于所述CAN总线接口由CAN协议处理器和带隔离并制作在一块独立的PCB板上的电平转换电路组成。
3.根据权利要求1或2所述的基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其特征在于所述MVB总线接口由MVB通信控制器、通信存储器TM、CPU接口缓冲及用于实现总线仲裁的FPGA组成。
4.根据权利要求1或2所述的基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其特征在于所述通用通信接口为以太网接口、USB接口、串行总线RS232/RS422/RS485接口。
5.根据权利要求3所述的基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其特征在于所述通用通信接口为以太网接口、USB接口、串行总线RS232/RS422/RS485接口。
6.根据权利要求4所述的基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其特征在于所述CPU处理器为内置多种通信接口，SDRAM总线与外部总线分离、带数据指令Catch的嵌入式网络处理器。
7.根据权利要求5所述的基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其特征在于所述CPU处理器为内置多种通信接口，SDRAM总线与外部总线分离、带数据指令Catch的嵌入式网络处理器。
8.根据权利要求6所述的基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其特征在于所述存储器通过程序划分为程序存储器、状态信息及故障信息存储器，所述存储器的介质为NORFLASH存储器或NAND FLASH存储器或它们的组合。
专利摘要本实用新型公开了一种基于TCN的多总线车辆通信控制模块，其包括CPU处理器，与CPU处理器电连接的内存、复位电路、LED、时钟电路、温控电路、报警电路、电源电路，所述CPU处理器还与FPGA连接，所述FPGA与存储器、CAN总线接口、MVB总线接口连接，所述MVB总线接口还通过缓冲与CPU处理器连接，CPU处理器还与通用通信接口连接。本实用新型采用通用芯片的模块化结构，运行速度快，通讯功能齐全，存储空间大，便于用户采用符合IEC61131－3的可编程计算机编程语言实现用户图形编程的基于TCN的多总线车辆通信控制模块。本实用新型适用于机车/车辆的车辆级控制、故障诊断与通信管理，也可适用于地铁列车或工业自动化等相关领域。
文档编号H04L12/40GK2922304SQ200620051460
公开日2007年7月11日 申请日期2006年6月26日 优先权日2006年6月26日
发明者吴正平, 曾嵘, 杨卫峰, 易伟民, 姚晓阳, 曹洋, 任湘辉 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司