一种基于TRDP协议的列车实时以太网网卡的制作方法

本实用新型涉及轨道交通通信设备领域，具体涉及一种基于TRDP协议的列车实时以太网网卡。

背景技术：

随着电子及轨道交通通信技术的发展，列车实时以太网通信的应用不断增加，列车实时数据协议TRDP的研究不断深入。目前列车网络通信中，为了保证通信数据的实时性和安全性，需要一套可以实现串口和网口之间数据处理且遵循特定协议的网卡。

申请号为201621486327.5的实用新型专利，公开了一种双串口转以太网模块，其中自适应模块SP3232EEY串口芯片实现RS232与RS485之间的自适应切换，每个串口端口配置独立的虚拟IP，其缺点是Cortex-M3网络处理能力弱，且该专利没有实现双网口通信，不能实现RS232、RS485串口转网口的同时通信。

申请号为201611110494.4的发明专利申请，公开了一种铁路实时以太网TRDP网关，通过硬件化TCP/IP协议栈，独立于MCU运作，节省了MCU大量资源，其缺点是增加了硬件成本且不能灵活改变通信方式。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于TRDP协议的列车实时以太网网卡，其有效解决了现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于TRDP协议的列车实时以太网网卡，所述网卡包括供电单元、中央处理单元、以太网通信单元1、以太网通信单元2、RS485通信单元、RS232通信单元及LED状态指示单元；其中，

所述中央处理单元通过RMII接口与所述以太网通信单元1相连以实现以太网通信；中央处理单元通过FSMC接口与所述以太网通信单元2相连以实现以太网通信；中央处理单元通过USART1接口与所述RS485通信单元相连以实现RS485通信；中央处理单元通过USART2接口与所述RS232通信单元相连以实现RS232通信；中央处理单元通过MCU实现各通信单元间的TRDP数据处理；所述LED状态指示单元用于系统供电、中央处理单元运行、以太网通信单元1通信、以太网通信单元2通信、RS485通信单元通信及RS232通信单元通信的状态指示。

进一步，所述以太网通信单元1通过以太网PHY单元进行以太网通信过程中PHY层的信号处理，并将PHY输出的差分信号经过网络变压器1的差模耦合线圈进行耦合滤波以增强信号，通过电磁场的转换耦合到以太网接口1。

进一步，所述以太网通信单元2通过以太网控制单元进行以太网通信过程中MAC层和PHY层的信号处理，并将PHY输出的差分信号经过网络变压器2的差模耦合线圈进行耦合滤波以增强信号，通过电磁场的转换耦合到以太网接口2。

进一步，所述RS485通信单元通过TTL&RS485电平转换芯片进行TTL与RS485之间的电平转换，并为外设提供标准的RS485通信接口。

进一步，所述RS232通信单元通过TTL&RS232电平转换芯片进行TTL与RS232之间的电平转换，并为外设提供标准的RS232通信接口。

本实用新型具有以下有益技术效果：

本申请基于TRDP协议的列车实时以太网网卡以低成本、设计简单的电路结构实现了以太网、RS485、RS232等各通信单元间的TRDP数据处理，保证了列车通信过程中的实时性和安全性；且CPU及外围设备成本低、功耗低、电路设计简单。

附图说明

图1为本实用新型实施例的以太网网卡的组成框图；

图2为本实用新型实施例的以太网网卡的结构框图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本实用新型进行更全面的说明，附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本实用新型全面和完整，并将本实用新型的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

如图1-2所示，本实用新型提供了本实用新型涉及一种基于TRDP协议的列车实时以太网网卡，包括供电单元、中央处理单元、以太网通信单元1、以太网通信单元2、RS485通信单元、RS232通信单元及LED状态指示单元。

供电单元既可以采用DC12V三线端子输入又可以采用DC5V USB接口输入，两种输入方式可选，可单独供电，亦可同时供电，互为冗余设计，将输入的DC12V/DC5V转化为DC3.3V后，为整个系统供电。

中央处理单元外设资源丰富，内部集成了一个10/100Mbps Ethernet MAC，其通过RMII接口与以太网通信单元1相连以实现以太网通信，通过FSMC接口与以太网通信单元2相连以实现以太网通信，通过USART1接口与RS485通信单元相连以实现RS485通信，通过USART2接口与RS232通信单元相连以实现RS232通信，中央处理单元通过MCU实现各通信单元间的TRDP数据处理，以满足通信要求。

以太网通信单元1通过以太网PHY单元进行以太网通信过程中PHY层的信号处理，并将PHY输出的差分信号经过网络变压器1的差模耦合线圈进行耦合滤波以增强信号，通过电磁场的转换耦合到以太网接口1，这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接，起到了保护隔离的作用，同时也保证了通信距离。以太网通信单元1采用LWIP协议栈通信，LWIP协议栈使用SCON工具移植。以太网PHY单元通过改变引脚电平，配置为RMII工作模式。工作模式软件配置为全双工、100Mbit/s。以太网通信单元1初始化驱动程序如下：

eth_system_device_init()；

rt_hw_eth_init()；

lwip_sys_init()；

Check_ETH_PHY()；

以太网通信单元2通过以太网控制单元进行以太网通信过程中MAC层和PHY层的信号处理，并将PHY输出的差分信号经过网络变压器2的差模耦合线圈进行耦合滤波以增强信号，通过电磁场的转换耦合到以太网接口2，这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接，起到了保护隔离的作用，同时也保证了通信距离。以太网通信单元2采用LWIP协议栈通信，LWIP协议栈使用SCON工具移植。工作模式软件配置为全双工、100Mbit/s和16位数据宽度传输。以太网通信单元2初始化驱动程序如下：

eth_system_device_init()；

rt_hw_init()；

rt_device_init_all()；

lwip_sys_init()；

本实用新型的双以太网口设计，对应配置语句如下：

extern void set_if(char*netif_name,char*ip_addr,char*gw_addr,char*nm_addr)；

set_if("e0","192.168.11.30","192.168.11.252","255.255.255.0")；

set_if("e1","192.168.0.29","192.168.0.252","255.255.255.0")；

RS485通信单元通过TTL&RS485电平转换芯片进行TTL与RS485之间的电平转换，为外设提供标准的RS485通信接口，以便不同设备间的互联。RS485通信单元采用MODBUS-RTU协议与终端设备进行通信。

RS232通信单元通过TTL&RS232电平转换芯片进行TTL与RS232之间的电平转换，为外设提供标准的RS232通信接口，以便不同设备间的互联。RS232通信单元采用MODBUS-RTU协议与终端设备进行通信。

LED状态指示单元用于系统供电、CPU运行、以太网通信单元1通信、以太网通信单元2通信、RS485通信及RS232通信的状态指示。

本实用新型的基于TRDP协议的列车实时以太网网卡主要应用在列车实时通信中，可以统计传输和接收数据包的个数及配置数据等信息。

TRDP协议软件接口设计如下：高一层的应用程序接口(TRDP API)是用来进行过程数据的传输(tap)和消息数据的传输(tam)；低一层的应用程序接口(TRDP Light API)是与共同的作用(tIc)、过程数据传输(tIp)和消息数据传输(tIm)连接；UTILITY API应用程序可以作为传输层的拓展，其中TRDP XMLi是读取TCNOpen TRDP XML配置文件的服务接口，TRDP Marshall是用户数据的服务接口，TRDP DNR是IP-URI地址传输的服务接口，TRDP TTI是获取列车拓扑消息信息数据的服务接口，TRDP CTRL是控制ETBN功能的服务接口。TRDP SPY可以用wireshark软件去解析TRDP报文，Debug/Logging的作用是对数据的记录和诊断服务接口，Statistics的作用是对数据资料的统计。

TRDP-PD通信过程的设计：TRDP组成包括PDCom、MDCom、TRDP Light、VOS和Utilities。PDCom负责列车网络上的过程数据通信，MDCom负责列车网络上的消息数据通信，VOS是虚拟操作系统，Utilities负责通信设备的接口。

本实用新型可以有效可靠地实现以太网、RS485、RS232等各通信单元间的TRDP数据处理，保证列车通信过程中的实时性和安全性，进而实现实时、安全的数据传输，且硬件成本低、体积小、功耗低，整体设计结构简单，价格低廉，使用方便，且安全可靠。

上面所述只是为了说明本实用新型，应该理解为本实用新型并不局限于以上实施例，符合本实用新型思想的各种变通形式均在本实用新型的保护范围之内。