With the rapid development of electronic technology and distributed network systems, many trains have adopted communication network technology and realized the intelligentization, informatization, and networking of the train control system. As an important component of the train communication network, MVB, due to its real-time Characteristics such as good performance and high communication rate, is attracting more and more attention. This article analyzes the design of the MVB multi-protocol communication gateway.
Con il rapido sviluppo delle ferrovie ad alta velocità del mio Paese, le reti di comunicazione ferroviaria sono state ampiamente utilizzate nei nuovi treni. Tra questi, l'EMU Harmony del mio Paese utilizza la tecnologia di controllo della rete di comunicazione. Come componente importante della rete di comunicazione ferroviaria, anche il gateway di comunicazione MVB è oggetto di attenzione da parte di un numero sempre maggiore di persone.
1.TCN and MVB Overview
La TCN, nota anche come rete di comunicazione ferroviaria, è una rete di comunicazione sviluppata sul sistema di controllo distribuito dei treni per il controllo dei treni e la diagnosi dei dati informativi. La TCN è uno standard appositamente formulato per le reti di comunicazione dei treni. Ha le caratteristiche di affidabilità, tempo reale e gestibilità. Questa tecnologia è stata supportata da molte compagnie ferroviarie e fornitori. Il TCN è composto da due parti: il bus ferroviario intrecciato WTB e il bus ferroviario multifunzione MVB. Tra questi, l'MVB è un bus di comunicazione dati seriale tra dispositivi interconnessi con requisiti di interoperabilità e scambio. È un componente importante della rete TCN. Ora è a bordo Molti di questi dispositivi sono interfacce industriali comunemente utilizzate, ma l'applicazione effettiva di questi dispositivi richiede che l'interfaccia industriale MVB sia collegata al bus MVB. Ora molti gateway hanno una funzione di conversione di protocollo relativamente semplice e non possono supportare la LAN wireless. Il metodo di trasmissione ha un grande impatto sullo sviluppo intelligente dei treni e sul principio di apertura. Il metodo di trasmissione dei dati su bus è cablato, il che limita l'acquisizione delle dinamiche in tempo reale in luoghi importanti e comporta disagi per la connessione fisica delle apparecchiature e dei gateway. Gateway industriale
2. Key technologies of MVB multi-protocol communication gateway
-. Il gateway di comunicazione multiprotocollo MVB comprende principalmente sei protocolli di comunicazione: Protocollo bus MVB, CAN bus, Ethernet, RS-232, RS-485 e rete wireless Wi-Fi. Questi sei protocolli di comunicazione devono essere integrati organicamente in un gateway. È una cosa molto difficile, ma la ricerca è ancora necessaria. Tra questi, il TCN del protocollo bus MVB ha due livelli nella struttura topologica, ovvero il WTB del treno, il bus delle apparecchiature e dei controllori e l'MVB a livello di veicolo. Il bus del treno è in grado di identificare automaticamente la direzione e la posizione del parcheggio del treno e di trasmettere dati affidabili; tra questi, i tipi di dati del bus MVB includono principalmente i seguenti tre tipi: ① dati con indirizzamento alla fonte e processo di trasmissione periodica; ② dati di messaggio con indirizzamento alla destinazione e trasmissione su richiesta, che includono principalmente informazioni diagnostiche e informazioni sul servizio di gestione: ③ dati di monitoraggio trasmessi durante la ricostruzione e l'inizializzazione della rete. I tipi di dispositivi del bus MVB sono principalmente suddivisi in sei tipi di dispositivi da 0 a 5, ma possono anche essere suddivisi in dispositivi master e dispositivi slave. Per dispositivo master si intende un dispositivo in grado di inviare informazioni ai dispositivi slave sul bus e di assegnare i diritti di invio dei frame slave. Può essere suddiviso in dispositivo master forte e dispositivo master debole. Protocollo in tempo reale L'RTP è un meccanismo di elaborazione software chiave adottato dal bus MVB. Fornisce principalmente due servizi di comunicazione dati: variabili e messaggi. La sua struttura gerarchica comprende il livello fisico, il livello di rete, il livello di trasporto, il livello di collegamento e il livello di sessione. I dati dei messaggi sono trasmessi da punto a punto e il processo di comunicazione può essere riassunto come: chiamata del mittente, creazione della connessione, trasmissione del messaggio e risposta del destinatario. Come mostrato nella Tabella 1:
3. Overall design of MVB multi-protocol gateway hardware
Il progetto del gateway multiprotocollo MVB può essere suddiviso in sei moduli in termini di hardware, che comprendono principalmente la comunicazione di base del sistema centrale, il test delle prestazioni, l'interazione manuale, le funzioni estese e il debug della simulazione. Il progetto complessivo del gateway
Le periferiche di linea sono pilotate dal controller FSMC integrato nel processore centrale. La sua funzione è quella di convertire i segnali di dati, indirizzo e controllo del bus di sistema AHB, soddisfacendo così i requisiti delle diverse sequenze temporali delle periferiche. L'FSMC converte la memoria esterna in quattro blocchi di memoria da 256 M byte. Il blocco di memoria con lo spazio di indirizzamento Ox60000000-Ox6FFFFFF può essere suddiviso in quattro aree di memoria identiche. Ogni area di memoria ha un segnale chip select dedicato. Per rendere la velocità coerente ed evitare la costante commutazione avanti e indietro della configurazione FSMC. I dispositivi veloci SRAM, SSMV62AD e SSMV62AD esterni possono essere memorizzati nelle prime tre aree di memoria del blocco di memoria.
Come indicato nella Tabella 2, l'espansione esterna utilizza un chip di memoria a basso consumo, in grado di memorizzare i dati dell'utente e i sistemi di dati. Supporta anche l'accesso a byte e la modalità standby. La sua velocità di accesso è molto elevata e non richiede operazioni di aggiornamento. È sempre composto da 512K unità a 16 bit e utilizza 19 bus di indirizzo e 16 bus di dati per le operazioni di indirizzamento, lettura e scrittura. Il chip NORFLASH di espansione esterna è utilizzato principalmente in applicazioni di sistema di archiviazione e utilizza anch'esso una modalità di accesso a 16 bit. Il circuito di comunicazione di base comprende principalmente il circuito di pilotaggio della scheda MVB, il circuito di interfaccia RS-485, il circuito del bus di campo CAN, il circuito di interfaccia della scheda wi-Fi e il circuito di comunicazione RS-232. Tra questi, la scheda MVB ha una modalità di accesso ai dati a 8 bit e supporta quattro modalità: debug, parallela, seriale e produzione. Inoltre, consente forme di comunicazione su supporti fisici come EMD e ESD. S-MOEDO viene utilizzato per selezionare l'interfaccia del livello fisico nella scheda MVB. S-MOED[2:1] viene utilizzato per selezionare la modalità di lavoro dell'MVB. Per evitare conflitti di segnale imprevisti, collegare l'hardware di S-MOED[2:0] alla massa e utilizzare EMD per la comunicazione. Per facilitare il debug e il test, il gateway multiprotocollo MVB ha progettato anche un'alimentazione esterna a 5 V CC e la modalità di alimentazione del PC, che vengono commutate tramite l'interruttore S901. Tra questi, l'alimentazione del sistema è separata utilizzando due chip di stabilizzazione della tensione a bassa tensione. La progettazione consente di soddisfare efficacemente le diverse esigenze dei vari circuiti funzionali in termini di corrente di lavoro e di ridurre le interferenze reciproche tra di essi. Anche il gateway di comunicazione multiprotocollo MVB può essere progettato utilizzando il PCB. Il processo può essere riassunto come segue: progettazione schematica, layout del dispositivo, cablaggio elettrico, aggiunta a goccia, posizionamento dello strato di rame e rilevamento delle regole. Per risparmiare efficacemente i costi di lavorazione del circuito stampato, il PCB utilizza pannelli a doppia faccia. Il suo processo di progettazione utilizza il metodo di progettazione bottom-up del diagramma schematico, dividendo ogni dispositivo e modulo in 9 gruppi in base alle loro funzioni, e quindi la progettazione del diagramma circuitale, basata sui principi di primo livello, collega elettricamente questi nove disegni discreti. Grazie al principio di prossimità dei dispositivi, dei plug-in e delle fonti di interferenza, è possibile utilizzare l'ergonomia e lo spazio in altezza della scheda PCB per il layout. Il cablaggio dell'alimentazione deve utilizzare una forma ad albero. La struttura topologica serve a mantenere la corrente nella stessa direzione per evitare il riflusso. Il filo di terra del componente deve essere collegato direttamente allo strato di rame e all'alimentazione, mentre il dispositivo ad alta corrente richiede un collegamento separato. Per ridurre il rumore del segnale e garantire un buon contatto tra i fili di terra superiori e inferiori, il rame può essere posato in un piano di terra a doppio strato. Tuttavia, in questo processo, al fine di ridurre l'area morta di rame, è possibile posizionare un gran numero di vias di massa digitali per la correzione e il miglioramento. Il circuito funzionale utilizza un metodo di cablaggio schermato.
