一种通信设备及通信方法与流程

本发明属于MVB(Multifunction Vehicle Bus，多功能车辆总线)技术领域，尤其涉及一种通信设备及通信方法。

背景技术：

对于不同型号列车来说，当列车处于MVB网络时，其采用不同总线与外部设备进行通信，如CTCS(Chinese Train Control System，中国列车运行控制系统)3-300T中的车载ATP(Automatic Train Protection，列车自动防护)设备采用ESD(Electrical Short Distance，电气短距离)单总线与外部设备进行通信，而CRH(China Railway High-speed，中国高铁)3列车采用EMD(Electrical Medium Distance，电气中距离)双总线与外部设备进行通信，其中EMD双总线可以包括EMD总线A线和EMD总线B线，而ESD单总线可以是ESD总线A线或者ESD总线B线。

为解决这两种类型总线之间的通信，可以在车载ATP设备与CRH3列车之间安装一BCT(Bus Coupler Transformation，总线耦合器)模块，所述BCT模块的安装方式如图1所示，在车载ATP设备(简称为ATP)和车载CCU(Central Control unit，中央控制单元)之间安装BCT模块，并且BCT模块仅支持从ESD单总线到EMD总线A线的双向通信。

当EMD总线A线的通信存在问题时，CRH3列车的车载CCU会自动切换到使用EMD总线B线，此时由于使用ESD单总线的车载ATP设备无法与EMD总线B线进行通信，从而导致整车无法正常运行，而在ESD单总线的车载ATP设备无法与EMD总线B线进行通信的情况下，也会导致车载设备ATP与DMI(Driver Machine Interface，人机接口)模块的通信中断。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通信设备及通信方法，使得ESD单总线与EMD总线B线可以进行通信。技术方案如下：

本发明提供一种通信设备，所述通信设备包括：数据处理模块、第一类型接口和第二类型接口，且所述第一类型接口和所述第二类型接口设置在所述数据处理模块上；

所述第一类型接口用于连接电气中距离双总线，所述第二类型接口用于连接电气短距离单总线，所述电气中距离双总线包括电气中距离总线A线和电气中距离总线B线，电气短距离单总线是电气短距离总线A线或者电气短距离总线B线；

所述数据处理模块，用于通过所述第二类型接口和所述第一类型接口，在所述电气中距离双总线中任意一条总线上和所述电气短距离单总线上进行数据交互。

优选地，所述通信设备还包括：第三类型接口，所述第三类型接口设置在所述数据处理模块上，所述第三类型接口用于连接所述电气中距离双总线，且所述第二类型接口和所述第三类型接口通过所述电气中距离双总线连接不同设备；

所述数据处理模块，用于通过所述第一类型接口、所述第二类型接口和所述第三类型接口，在所述电气中距离双总线中任意一条总线上和所述电气短距离单总线上进行数据交互。

优选地，所述通信设备还包括：第四类型接口，所述第四类型接口设置在所述数据处理模块上，所述第四类型接口用于连接所述电气中距离总线A线或所述电气中距离总线B线；

所述数据处理模块，用于通过所述第一类型接口、所述第二类型接口和所述第四类型接口，在所述电气中距离总线A线和所述电气短距离单总线上进行数据交互或者在所述电气中距离总线B线和所述电气短距离单总线上进行数据交互。

优选地，所述数据处理模块，用于控制数据交互的延迟时间小于等于预设时间T，所述预设时间T＝2*T_poll+T_gateway，T_poll为所述数据处理模块的轮询周期，T_gateway为所述数据处理模块处理数据的时间得到，所述数据处理模块的轮询周期为所述数据处理模块轮询一次所述数据处理模块上设置的接口的时间。

优选地，所述数据处理模块，用于在判断出所述数据为正常数据的情况下，对所述数据进行格式转换，将转换后的数据传输到所述电气中距离双总线和所述电气短距离单总线中指定接收转换后的数据的总线上，以实现在所述电气中距离双总线中任意一条总线上和所述电气短距离单总线上进行数据交互。

本发明还提供一种通信方法，适用于上述所述的通信设备中的数据处理模块中，所述方法包括：

通过所述通信设备中的第二类型接口接收电气短距离单总线中传输的第一数据；

从电气中距离双总线的电气中距离总线A线和电气中距离总线B线中，确定第一目标总线；

通过所述通信设备中的第一类型接口，将所述第一数据传输到所述第一目标总线中；

通过所述第一类型接口接收所述电气中距离总线A线和电气中距离总线B线中任意一条总线上传输的第二数据；

通过所述第二类型接口，将所述第二数据传输到所述电气短距离单总线中。

优选地，所述方法还包括：通过所述通信设备中的第三类型接口，将所述第一数据传输到第二目标总线中，所述第二目标总线是所述第三类型接口连接的电气中距离双总线的电气中距离总线A线和电气中距离总线B线中的一条总线，所述第二类型接口和所述第三类型接口通过所述电气中距离双总线连接不同设备；

通过所述第三类型接口接收所述电气中距离总线A线和电气中距离总线B线中任意一条总线上传输的第三数据；

通过所述第二类型接口，将所述第三数据传输到所述电气短距离单总线中。

优选地，所述方法还包括：通过所述通信设备中的第四类型接口，将所述第一数据传输到电气中距离总线A线或电气中距离总线B线中；

通过所述第四类型接口接收所述电气中距离总线A线或电气中距离总线B线中传输的第四数据；

通过所述第二类型接口，将所述第四数据传输到所述电气短距离单总线中。

优选地，所述方法还包括：控制数据交互的延迟时间小于等于预设时间T，所述预设时间T＝2*T_poll+T_gateway，T_poll为所述数据处理模块的轮询周期，T_gateway为所述数据处理模块处理数据的时间得到，所述数据处理模块的轮询周期为所述数据处理模块轮询一次所述数据处理模块上设置的接口的时间。

优选地，所述方法还包括：在所述数据处理模块接口到任意一条数据后，判断出任意一条数据为正常数据的情况下，对所述任意一条数据进行格式转换，传输转换后的任意一条数据。

与现有技术相比，本发明提供的上述技术方案具有如下优点：

藉由上述技术方案，设置在数据处理模块上的第一类型接口可以连接EMD双总线，设置在数据处理模块上的第二类型接口可以连接ESD单总线，这样当EMD双总线中的EMD总线A线或者EMD总线B线接收到数据后，通过第一类型接口传输到数据处理模块中，再由数据处理模块通过第二类型接口传输到ESD单总线上，同样的当ESD单总线接收到数据后可以通过第二类型接口传输到数据处理模块中，再由数据处理模块通过第一类型接口传输到目标总线上，这个目标总线是EMD双总线中的EMD总线A线和EMD总线B线中需要接收该数据的总线，实现通过第二类型接口和第一类型接口，在EMD双总线中任意一条总线上和ESD单总线上进行数据交互，因此在EMD总线A线的通信存在问题的情况下，ESD单总线还可以与EMD总线B线通信，提高整车正常运行的概率以及提高通信可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中BCT模块与其他设备的连接示意图；

图2是ESD单总线传输的数据帧起始波形的示意图；

图3是EMD双总线传输的数据帧起始波形的示意图；

图4是本发明实施例提供的通信设备的一种结构示意图；

图5是本发明实施例提供的通信设备的另一种结构示意图；

图6是本发明实施例提供的通信设备的实现结构图；

图7是本发明实施例提供的通信设备与其他设备的连接示意图；

图8是本发明实施例提供的通信方法的一种流程图；

图9是本发明实施例提供的通信方法的另一种流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

TCN(Train Communication Network，列车通信网络)通过MVB和WTB(Wire Train Bus，绞线式列车总线)两大部分进行通信，而对于MVB这种类型的总线来说，其在物理层存在两种类型总线：ESD单总线，传输介质使用双绞屏蔽线，按照隔离RS485电平标准传输，最多支持32个设备，最大总线距离20m。EMD双总线，传输介质使用双绞屏蔽线，使用变压器耦合，最多支持32个设备，最大总线距离200m，并且根据使用场合的可靠性要求，设备可以单独使用A线系统或者A/B双线冗余系统，因此上述物理层的多样性带来不同总线之间的互连性问题。例如单独A线系统与A/B双线冗余系统之间的互连，ESD单总线与EMD双总线的互连，而在互连时需要考虑两个问题：1)A线系统与A/B双线冗余系统的差异性；2)ESD单总线和EMD双总线传输波形的差异性。

其中对于A线系统来说，可以使用A线传输，如可以使用ESD总线A线或者EMD总线A线，若A线通信质量下降，则导致整个通信系统的性能下降或中断，因此这种工作方式通常应用于通信环境较好的场合。对于A/B双线冗余系统来说，可以同时使用A线和B线。在任意时刻，设备选择其中某一线作为当前工作线路，另一线作为备选线路。若检测到工作线路通信质量较差，设备会实现工作线路与备选线路的自动切换，因此A/B双线冗余系统可大大提高整个通信的可靠性，其通常应用于通信环境较差的场合。A线系统与A/B双线冗余系统互连时，若简单地将A线系统直接连接到A/B双线冗余系统的A线，这将导致失去其原有的冗余备份功效，降低整个通信的可靠性。

ESD单总线和EMD双总线传输波形的差异性主要体现在：总线空闲电平、数据帧起始波形和数据帧结束波形这三个方面，以数据帧起始波形为例，图2为ESD单总线传输的数据帧起始波形的示意图，图3为EMD双总线传输的数据帧起始波形的示意图，从图2和图3所示数据帧起始波形来看，ESD单总线传输的数据帧起始波形较为简单，在发送完最后一bit(比特)数据后，发送使能位以使ESD单总线处于空闲低电平状态，而对于EMD双总线传输的数据帧起始波形来看，在发送完最后一bit数据后，需要再次发送一个1bit宽度的低电平和1bit宽度的高电平。

综上，A线系统与A/B双线冗余系统的差异性，ESD单总线和EMD双总线传输波形的差异性共同决定两种不同类型的总线无法直接实现互连互通，需要设计通信设备进行数据处理，并且这种差异性决定通信设备不能基于物理层，而应该基于链路层或者更高的应用层，这样才能消弭波形差异性所带来的影响，同时确保B线这条冗余线路所带来的通信可靠性提升。

如图4所示，本发明实施例提供一种通信设备，其基于链路层而设计，可以包括：数据处理模块10、第一类型接口11和第二类型接口12。

第一类型接口11和第二类型接口12设置在数据处理模块10上，其中第一类型接口11用于连接EMD双总线，第二类型接口12用于连接ESD单总线。

当EMD双总线中的EMD总线A线或者EMD总线B线接收到数据后，通过第一类型接口11传输到数据处理模块10中，再由数据处理模块10通过第二类型接口12传输到ESD单总线上，同样的当ESD单总线接收到数据后可以通过第二类型接口12传输到数据处理模块10中，再由数据处理模块10通过第一类型接口11传输到目标总线上，这个目标总线是EMD双总线中的EMD总线A线和EMD总线B线中需要接收该数据的总线，实现通过第二类型接口12和第一类型接口11，在EMD双总线中任意一条总线上和ESD单总线上进行数据交互，因此在EMD总线A线的通信存在问题的情况下，ESD单总线还可以与EMD总线B线通信，提高整车正常运行的概率以及提高通信可靠性。

可以理解的是：对于不同类型的总线来说，其传输的数据格式不同，且会因为所处网络的安全性以及环境因素，导致总线上传输的数据有问题，因此数据处理模块10在通过第一类型接口11和第二类型接口12进行数据交互时，需要首先对数据是否为正常数据进行判断，并在数据为正常数据的情况下，对数据进行格式转换。

例如：数据处理模块10通过第一类型接口11接收到EMD总线A线或EMD总线B线传输的数据，判断数据是否为正常数据，如果是，获取数据中的目标总线信息，根据目标总线信息确定出目标总线，如目标总线为ESD单总线，进而数据处理模块10将数据转换为ESD单总线要求的格式，并通过第二类型接口12将转换格式后的数据传输到ESD单总线上。

同样，数据处理模块10也可以通过第二类型接口12接收ESD单总线中传输的数据，判断数据是否为正常数据，如果是，获取数据中的目标总线信息，根据目标总线信息确定出目标总线，如目标总线为EMD总线A线，进而数据处理模块10将数据转换为EMD总线A线要求的格式，并通过第一类型接口11将转换格式后的数据传输到EMD总线A线上。

在本发明实施例中，判断数据是否为正常数据可以通过数据中的标志位，如校验位来确定，如果数据中携带的校验位与数据处理模块10计算出的校验位相同，则说明数据为正常数据，而对于目标总线的确定可以数据中携带的目标IP(Internet Protocol，网络互连协议)地址来确定，具体的，根据目标IP地址可以获知数据的接收方，然后根据接收方所使用的总线类型可以确定目标总线。

在这里需要说明的一点是：数据处理模块10上可以设置多个第一类型接口11和多个第二类型接口12，如图5所示。每个接口与其所连接的总线形成一个通信支路，每个通信支路均具备独立完整的数据发送和数据接收功能，可独立处理不同物理层的总线上传输的数据，例如ESD单总线和EMD双总线，当然还可以是ESD双总线和EMD双总线，即第二类型接口连接ESD双总线(包括ESD总线A线和ESD总线B线)，这样在任意时刻可以选择其中某一线，如ESD总线A线作为当前工作线路，另一线作为备选线路。若检测到当前工作线路通信质量较差，自动切换至备选线路，进一步提高通信的可靠性。

对于每个通信支路来说，通过一个总线控制器来管理总线的数据收发，如图6所示，图6示出了通信设备的实现结构图，以三个通信支路为例，这三个通信支路分别是：MVB EMD CCU支路(使用EMD双总线)、MVB EMD DMI支路(使用EMD总线A线)和MVB ESD TSG(使用ESD总线A线)支路，这三条支路分别通过一个总线控制器来管理。

也就是说，在本发明实施例中，数据处理模块10包括主CPU和总线控制器，如图6所示，其中总线控制器的数量与支路数量相同，每个总线控制器均采用MVBC01芯片，用于管理对应总线和控制对应总线的数据收发。主CPU(Central Processing Unit，中央处理器)采用MPC8358E芯片，用于根据轮询周期来对各个支路进行轮询，若轮询到支路上的数据为正常数据，则会将数据的格式转换为目标总线的格式，并将转换格式后的数据传输到对应的目标总线上。

上述三条支路可以实现对所有类型接口的无缝全映射，例如若MVB EMD CCU支路连接到0x354型号的接口(可视为第一类型接口)，因此可以将该接口映射到MVB ESD+TSG支路上，MVB ESD+TSG支路上的设备可以像访问自身总线上的接口一样对0x354型号的接口进行读写访问，所获得的数据实际为MVB EMD CCU支路上的数据。

藉由上述技术方案，设置在数据处理模块上的第一类型接口可以连接EMD双总线，设置在数据处理模块上的第二类型接口可以连接ESD单总线，这样当EMD双总线中的EMD总线A线或者EMD总线B线接收到数据后，通过第一类型接口传输到数据处理模块中，再由数据处理模块通过第二类型接口传输到ESD单总线上，同样的当ESD单总线接收到数据后可以通过第二类型接口传输到数据处理模块中，再由数据处理模块通过第一类型接口传输到目标总线上，这个目标总线是EMD双总线中的EMD总线A线和EMD总线B线中需要接收该数据的总线，实现通过第二类型接口和第一类型接口，在EMD双总线中任意一条总线上和ESD单总线上进行数据交互，因此在EMD总线A线的通信存在问题的情况下，ESD单总线还可以与EMD总线B线通信，提高整车正常运行的概率以及提高通信可靠性。

当然，本发明实施例提供的通信设备还可以包括：第三类型接口，第三类型接口设置在数据处理模块10上，第三类型接口用于连接EMD双总线，且第二类型接口和第三类型接口通过EMD双总线连接不同设备。数据处理模块10，用于通过第一类型接口、第二类型接口和第三类型接口，在EMD双总线中任意一条总线上和ESD单总线上进行数据交互，交互过程与设置两个接口的不同之处在于，数据有可能会同时发送至两个目标总线上，具体传输到一个目标总线还是两个目标总线应实际应用场景而定，对此本发明实施例不再阐述。

本发明实施例提供的通信设备还可以包括：第四类型接口，第四类型接口设置在数据处理模块10上，第四类型接口用于连接EMD总线A线或者EMD总线B线，数据处理模块10，用于通过第一类型接口、第二类型接口和第四类型接口，在EMD总线A线和ESD单总线上进行数据交互或者在EMD总线B线和ESD单总线上进行数据交互，交互过程与设置两个接口的过程相同，对此本发明实施例不再阐述。

以图7为例，第一类型接口可以命名为EMD总线A/B接口，通过EMD双总线连接至车载CCU中，以形成MVB EMD CCU支路，第二类型接口可以命名为ESD总线接口，通过ESD单总线连接至车载ATP设备，以形成MVB ESD TSG支路，第三类型接口可以命名为EMD总线A线接口，通过EMD双总线连接至DMI模块，以形成MVB EMD DMI支路，这样通过这三条支路可以实现车载CCU、车载ATP设备和DMI模块之间的双向通信或三向通信，所谓三向通信是从数据从一个设备发送至其他两个设备中。

在实际应用中，可以将第三类型接口的功能和第四类型接口的功能集成到同一个接口中，并根据实际应用，如对可靠性要求来设置集成有第三类型接口的功能和第四类型接口的功能的接口应连接的总线类型，对此本发明实施例不在详细说明。

此外在上述所有实施例中，数据至少经过总线、接口和数据处理模块才能够完成交互，因此通信设备发送的数据具有一定延迟，在本发明实施例中，数据处理模块需要控制数据交互的延迟时间小于等于预设时间T，其中预设时间T＝2*T_poll+T_gateway，T_poll为数据处理模块的轮询周期，T_gateway为数据处理模块处理数据的时间得到，数据处理模块的轮询周期为所述数据处理模块轮询一次所述数据处理模块上设置的接口的时间。

请参阅图8，其示出了本发明实施例提供的通信方法的一种流程图，所述通信方法适用于上述通信设备中的数据处理模块中，可以包括以下步骤：

801：通过通信设备中的第二类型接口接收ESD单总线中传输的第一数据。

802：从EMD双总线的EMD总线A线和EMD总线B线中，确定第一目标总线。

803：通过通信设备中的第一类型接口，将第一数据传输到第一目标总线中。其中第一目标总线是EMD双总线中的EMD总线A线和EMD总线B线中需要接收该数据的总线，实现通过第二类型接口12和第一类型接口11，在EMD双总线中任意一条总线上和ESD单总线上进行数据交互，因此在EMD总线A线的通信存在问题的情况下，ESD单总线还可以与EMD总线B线通信，提高整车正常运行的概率以及提高通信可靠性。

对于如何确定第一目标总线，请参阅上述设备实施例中的相关说明，对此本发明实施例不再阐述。

804：通过第一类型接口接收EMD总线A线和EMD总线B线中任意一条总线上传输的第二数据。

805：通过第二类型接口，将第二数据传输到ESD单总线中。

在本发明实施例中，第一类型接口和第二类型接口通过各自连接的总线与其他设备相连，这样通过通信设备中的数据处理模块可以实现其他设备间数据的交互。并且数据处理模块在接收到上述第一数据和第二数据中的任意一条数据后，判断出任意一条数据为正常数据的情况下，对任意一条数据进行格式转换，传输转换后的任意一条数据。

例如：数据处理模块通过第一类型接口接收到EMD总线A线或EMD总线B线传输的数据，判断数据是否为正常数据，如果是，获取数据中的目标总线信息，根据目标总线信息确定出目标总线，如目标总线为ESD单总线，进而数据处理模块将数据转换为ESD单总线要求的格式，并通过第二类型接口将转换格式后的数据传输到ESD单总线上，实现对异常数据的自动排除。

藉由上述技术方案，通过第二类型接口和第一类型接口，可以在EMD双总线中任意一条总线上和ESD单总线上进行数据交互，因此在EMD总线A线的通信存在问题的情况下，ESD单总线还可以与EMD总线B线通信，提高整车正常运行的概率以及提高通信可靠性。

请参阅图9，其示出了本发明实施例提供的通信方法的另一种流程图，在图8上还可以包括以下步骤：

806：通过通信设备中的第三类型接口，将第一数据传输到第二目标总线中，第二目标总线是第三类型接口连接的EMD双总线的EMD总线A线和EMD总线B线中的一条总线，第二类型接口和第三类型接口通过EMD双总线连接不同设备。

807：通过第三类型接口接收EMD总线A线和EMD总线B线中任意一条总线上传输的第三数据。

808：通过第二类型接口，将第三数据传输到ESD单总线中。

从上述技术方案可知，通过第三类型接口、第二类型接口和第一类型接口实现多个设备之间的数据交互，如将第二类型接口连接的ESD单总线中传输某个设备的数据，通过第三类型接口和第一类型接口传输到两个不同的设备中，而第三类型接口和第一类型接口连接的总线中传输的数据，也会通过第二类型接口传输到ESD单总线连接的设备中，实现设备间的三向通信。

此外，通信设备还可以包括第四类型接口，所述第四类型接口连接EMD总线A线或者EMD总线B线，这样通过第二类型接口和第四类型接口可以实现EMD总线A线和ESD单总线的数据交互或者EMD总线B线和ESD单总线的数据交互，为此本发明实施例提供的通信方法还包括：EMD总线A线和ESD单总线的数据交互过程或者EMD总线B线和ESD单总线的数据交互过程，数据交互过程如下：

通过通信设备中的第四类型接口，将第一数据传输到EMD总线A线或EMD总线B线中；通过第四类型接口接收EMD总线A线或EMD总线B线中传输的第四数据；通过第二类型接口，将第四数据传输到ESD单总线中。

在上述所有方法实施例中，本发明实施例提供的通信方法还包括：控制数据交互的延迟时间小于等于预设时间T，预设时间T＝2*T_poll+T_gateway，T_poll为数据处理模块的轮询周期，T_gateway为数据处理模块处理数据的时间得到，数据处理模块的轮询周期为数据处理模块轮询一次数据处理模块上设置的接口的时间。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。