基于ARM和MVB的车辆总线控制器设计
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MVB总线在地铁车辆控制系统中的应用摘要:本文针对地铁MVB网络进行了介绍,并且根据网络实时模型简要说明在地铁车辆控制系统中MVB总线在其中的一种应用。
关键词:MVB总线;地铁车辆控制系统一、地铁MVB网络介绍(一)MVB 网络拓扑因为传统的地铁设计结构中,在司机的操作台上会固定有IDU,所以,IDU 这个节点在网络架构设计中一直都有所保留。
因此,中央控制单元,传动控制单元1、2,智能显示单元,逻辑控制单元1、2,安全监测单元都是在地铁车辆级总线MVB中所存在的几个节点。
(二)网络各单元功能划分在地铁网络上的每个节点都有着不同的作用。
MVB通信的检测和管理,牵引、制动特性控制以及一些辅助功能是由中央控制单元进行负责的。
转向架的传动主要是由传动控制单元进行的负责的;数字量、模拟量信号的采集以及地铁信号的逻辑运算是由逻辑控制单元进行主要负责的;地铁状态的显示、地铁故障信息的现实和诊断以及一些地铁参数的设置都是由智能显示单元进行负责的;MVB网络中,安全监测单元所起到的作用是尤为重要的,主要执行以下功能:1、与MVB 各节点进行通讯,记录各节点的全部状态信息;2、实现MVB 总线上的故障信息记录;3、与上位机实现串口通讯。
(三)SDU 设计介绍MVB网络中,节点机箱SDU以及上位机两部分是组成安全监测系统的主要因素。
SDU的实现要能够很好地联系MVB总线上的各节点,并且还要能够与上位机有串口通讯的实现。
将管理信息系统建立在上位机系统上,通过串口通讯对下位机发送过来的信息进行接受,有合格的校验之后,将地铁的状态记录在上位机上,并且要参照需求,在数据库中存储信息,这样的话,数据的安全性就会很高。
SDU 机箱主要由具有嵌入式系统的C P U 板组成以实现系统功能。
C P U 板采用以A R M 7 为内核的32 bit 嵌入式计算机,操作系统采用嵌入式多任务实时操作系统N U C L E U S ,并将M V B 协议控制器芯片成功地嵌入在计算机系统中,形成了完整的嵌入式CPU 系统。
关键字:嵌入式系统设计ARM FPGA多功能车辆总线Multifunction Vehicle Bus 在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时,嵌入式系统开发技术也取得迅速发展,嵌入式技术应用范围的急剧扩大.本文介绍了一种基于ARM和FPGA,从软件到硬件完全自主开发多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus)MVB??B嵌入式系统的设计和实现。
系统设计和实现通常来说,一个嵌入式系统的开发过程如下:1.确定嵌入式系统的需求;2.设计系统的体系结构:选择处理器和相关外部设备,操作系统,开发平台以及软硬件的分割和总体系统集成;3.详细的软硬件设计和RTL代码、软件代码开发;4.软硬件的联调和集成;5.系统的测试。
一、步骤1:确定系统的需求:嵌入式系统的典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用是嵌入式系统开发的导向和前提。
一个嵌入式系统的设计取决于系统的需求。
1、MVB总线简介列车通信网(Train Communication Network,简称TCN)是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯的IEC国际标准(IEC-61375-1), 它包括两种总线类型绞线式列车总线(WTB)和多功能车厢总线(MVB)。
TCN在列车控制系统中的地位相当与CAN总线在汽车电子中的地位。
多功能车辆总线MVB是用于在列车上设备之间传送和交换数据的标准通信介质。
附加在总线上的设备可能在功能、大小、性能上互不相同,但是它们都和 MVB总线相连,通过MVB总线来交换信息,形成一个完整的通信网络.在MVB系统中,根据IEC-61375-1列车通信网标准, MVB总线有如下的一些特点:拓扑结构:MVB总线的结构遵循OSI模式,吸取了ISO的标准。
支持最多4095个设备,由一个中心总线管理器控制。
简单的传感器和智能站共存于同一总线上。
数据类型:MVB总线支持三种数据类型:a.过程数据:过程变量表示列车的状态,如速度、电机电流、操作员的命令。
基于MVB总线的动车组网络控制的设计与实现的开题报告一、选题背景和意义随着高速铁路的不断发展,动车组已经成为了高速铁路的主力车型,而动车组的网络控制系统则是动车组运行中不可或缺的部分。
传统的动车组控制系统往往采用分布式控制,缺乏有效的数据传输、信息互通和系统协同能力,限制了动车组的发展和运行效率。
因此,在动车组控制系统中引入MVB(多功能车身总线)总线作为数据传输的基础,可以实现动车组内各个控制器之间的高速、可靠的数据传输,并且能够降低系统的架构复杂度和成本,提高系统的稳定性和可靠性,进一步强化动车组的运行安全和效率。
因此,研究基于MVB总线的动车组网络控制的设计与实现,对于提高动车组控制系统的性能和运行效率具有重大意义。
二、研究内容本文的研究内容主要包括以下几个方面:1、介绍动车组网络控制系统的特点和现状;2、详细阐述MVB总线的工作原理和优势;3、设计基于MVB总线的动车组网络控制系统,包括系统架构设计、控制器接口设计、数据传输协议设计等;4、基于实际的动车组控制系统进行实验验证,评估系统的性能和稳定性,并提出改进建议。
三、预期成果本文研究的预期成果包括:1、详细介绍动车组网络控制系统的现状、问题和需求;2、准确描述MVB总线的工作原理和优势,以及在动车组控制系统中的应用;3、提出基于MVB总线的动车组网络控制系统的设计方案,并进行设计实现;4、基于实验数据对系统性能和稳定性进行评估,并提出改进建议。
四、研究方法本文主要采用以下研究方法:1、文献研究法:通过查阅相关文献,总结动车组网络控制系统的发展现状和问题,了解MVB总线的应用优势以及在动车组控制系统中的实际应用情况。
2、系统设计法:根据动车组控制系统的特点和MVB总线的工作原理,设计符合实际需求和可行性的基于MVB总线的动车组网络控制系统,并进行实现和测试。
3、实验研究法:基于实际的动车组控制系统进行实验验证,评估系统的性能和稳定性,并提出改进建议。
基于ARM处理器的MVB2类设备研究1引言列车需要传输大量的设备控制和旅客服务信息,随着这些信息的数量和种类不断地增长,迫切需要一种大容量,高速度的信息传输系统。
为此,国际电工委员会(IEC)制定了一项用于规范车载设备数据通信的标准——IEC61375(列车通信网标准),即TCN标准,该标准于1999年6月成为国际标准。
目前国际上主要的TCN产品供应商是德国西门子和瑞士Duagon公司,国内的株洲电力机车研究所和大连北车集团电力牵引研究所等单位进行了大量的TCN相关研1 引言列车需要传输大量的设备控制和旅客服务信息,随着这些信息的数量和种类不断地增长,迫切需要一种大容量,高速度的信息传输系统。
为此,国际电工委员会(IEC)制定了一项用于规范车载设备数据通信的标准——IEC61375(列车通信网标准),即TCN标准,该标准于1999年6月成为国际标准。
目前国际上主要的TCN产品供应商是德国西门子和瑞士Duagon公司,国内的株洲电力机车研究所和大连北车集团电力牵引研究所等单位进行了大量的TCN相关研究工作并取得了丰硕的科研成果。
TCN标准推荐在机车上层使用绞线式列车总线WTB,在下层使用多功能车辆总线MVB。
MVB总线和机车中的各种电气设备相连,这些设备按性能可以分为5类,其中二类设备的主要特征是具有消息数据通信的功能。
为了实现消息数据通信,需要在实时操作系统的支持下采用软件编程,利用应用程序接口API等接口来调用网络协议的各种功能,从而实现消息数据的通信。
MVB 2类设备硬件核心采用ARM7内核微处理器NET+50作为主CPU实现系统的总体控制,采用MVBC01芯片作为MVB通信控制器实现链路层的数据处理,软件核心采用嵌入式实时操作系统Nucleus Plus来实现任务管理、中断管理等上层管理。
2 MVB 2类设备系统硬件设计硬件系统设计主要包括应用处理器模块、通信存储器模块、通信控制器模块、存储器模块、PC104接口模块、物理层接口模块等几部分的设计,其中核心模块是ARM处理器和MVB通信控制器MVBC01。
基于ARM的控制系统硬件平台设计一、系统需求分析微电子技术的迅猛发展使其在汽车上被广泛的应用,给汽车工业的进一步发展带来了新的生机。
电子控制系统具有控制精度高、响应速度快、集成度高、体积小、重量轻、应用更加灵活等特点。
应用于汽车后,可使汽车有关系统在各种情况下都处在最佳的工作状态,各项受控指标都能获得较大的改善,是任何机械控制系统都难以达到的。
电子技术在汽车上的应用将使汽车很容易满足日益严格的各项法规、人们对驾驶舒适性和方便性的要求。
汽车行驶记录仪就是一种应运而生的产物,它是能够记录和再现汽车行驶状态的一种数字式电子记录装置,它可以全程记录汽车的行驶数据,并通过对所记录的行驶信息数据的分析,对车辆的行驶状况予以精确的掌控。
汽车行驶记录仪可有效预防驾驶员的违章驾驶,降低车辆的交通事故。
二、系统功能汽车行驶记录仪包括汽车行驶记录仪的主机和计算机端的数据分析软件这两部分组成。
这里重点介绍汽车行驶记录仪的主机部分的设计。
本课题所设计的汽车行驶记录仪主要实现如下功能:自检功能;实时时间、日期及驾驶时间的采集、记录、存储功能;车辆行驶速度的测量、记录、存储功能;车辆行驶里程的测量、记录、存储功能;驾驶员身份记录功能;键盘操作功能;数据显示;数据通信功能。
在数据通信接口部分除了国家标准所规定的USB标准接口和标准RS-232-C型接口的这两种通信方式外,课题中还增加了CAN总线接口功能和以太网总线接口功能。
三、系统结构图根据以上系统功能的分析,该系统可实现对车速信号、开关量信号以及模拟量信号的采集、处理以及数据的实时存储和显示;通过串口、USB接口、以太网接口可以实现与PC机之间的数据通信,对程序的调试和文件系统的下载,同时可以在产品运行过程中对系统的软件进行升级;通过CAN总线接口可实现与汽车上的CAN节点间的数据通信。
该系统的外围接口模块有电源模块、复位电路模块、信号采集模块、键盘操作模块、存储器模块、时钟模块、显示模块、JTAG调试接口以及通信接口模块,系统的组成框图如图1所示。
计算机应用轨道交通装备与技术第2期2021年3月文章编号:2095 -5251(2021)02 - 0059 -03MVB多功能车柄总线仿真与检测糸蜣的设计及启用王健(上海地铁电子科技有限公司上海200237)摘要:通过对T C N标准(IEC61375 - 1)中多功能车辆总线M V B通信协议的研究,利用通用逻辑芯片F P G A技术、USB通讯技术、嵌入式Linux系统及Python语言开发技术等,设计了 M V B仿真与检测系统。
该系统通过M V B通信协议的编码和解码功能,实现了对M V B多功能车辆总线的仿真;通过对总线波形的实时采集和数据分析,实现了对M V B多功能车辆总线的检测。
关键词:MVB;仿真;通信检测;主帧;端口中图分类号:U285.4M 文献标识码:BDOI:10. 13711/j. cnki. cn32 - 1836/u. 2021.02.020〇引言MVB(多功能车辆总线)作为列车通信网络(TCN)的一部分,负责一个车厢内设备或者一个固 定的车辆组内设备的数据通信。
具有实时性强、可靠性高、传输数据快和传输距离远等优点,目前在高 铁和地铁中的应用非常广泛m。
为了实现对多功能列车总线的状态监测、故障 诊断和一致性测试,以及在车载设备的研发和调试 过程中,模拟多功能列车总线的数据传输过程,设计 了一套系统,主要实现了以下功能:(1)MVB仿真发 送功能;(2)总线波形实时采集功能;(3)数据分析 功能;(4) Linux系统下Python控制程序设计。
1整体设计在MVB数据通信中,具有以下特征:通信传送 方式采用主从帧应答,帧发送方式采用周期性广播,帧标识符具有帧头和帧尾标识以识别帧的开始和结 束,帧编码采用曼彻斯特编码,数据传输速率为1.5 Mbit/s。
为了仿真MVB总线通信,需要仿真主站发 送主帧数据,仿真从站发送从帧数据,仿真接收主帧 数据和从帧数据。
通过对MVB通信总线波形的实收稿日期:2020 -05 -13作者简介:王健(1982 -),男.硕士研究生学历,高级工程师,从事 列车网络通信技术研究T.作。
基于ARM和CAN总线的汽车仪表设计的开题报告1.研究背景随着汽车产业的发展和智能化程度的提高,汽车仪表系统也在不断更新和升级。
汽车仪表是汽车最重要的指示装置,用于向驾驶员提供车辆的状态信息,如车速、转速、温度等。
因此,汽车仪表系统的性能和可靠性直接影响到驾驶员的安全和驾驶体验。
目前,ARM架构已经在汽车电子领域占有重要地位。
它拥有高性能、低功耗、可靠性强等优点,广泛应用于汽车控制系统的设计中。
而CAN总线则是汽车电子控制领域中最常用的通信标准。
CAN总线具有可靠性高、通信速率快、抗干扰能力强等特点,已经成为汽车电子控制系统的标准。
基于ARM和CAN总线的汽车仪表系统设计,能够满足现代汽车对于控制能力和可靠性的要求,同时保证仪表系统的稳定运行。
因此,该项目的研究意义和价值十分重大。
2.研究目标本项目旨在设计一种基于ARM处理器和CAN总线的汽车仪表系统,其主要目标如下:(1)实现汽车仪表系统的基本功能,如车速、转速、温度等指标的显示和报警功能;(2)通过CAN总线与其他汽车控制系统进行通信,如发动机控制系统、制动控制系统等;(3)基于ARM架构,实现仪表系统的高效处理和数据处理能力;(4)保证系统的可靠性和稳定性,满足汽车在各种工况下的使用要求。
3.研究内容本项目的研究内容主要包括以下几个方面:(1)汽车仪表系统的硬件设计,包括主控芯片的选型、外设模块的连接与配置,并确保系统的低功耗、高可靠性;(2)汽车仪表系统的软件设计,涵盖系统驱动程序、通信协议、指令集等方面,保证系统性能和稳定性;(3)CAN总线通讯协议的设计与调试,确保汽车仪表系统与其他控制系统的可靠通信;(4)汽车仪表系统的功能测试与优化,检测系统的各项指标是否达到要求,并进行必要的优化;4.研究方法本项目采用实验研究和理论分析相结合的方法,具体如下:(1)通过对市场上现有汽车仪表系统的调研和分析,确定系统设计的基本要求和硬件性能指标;(2)采用ARM实验开发板作为系统的主控芯片,通过外设模块的连接与配置,完成汽车仪表系统的硬件设计;(3)基于uC/OS-II实时操作系统,设计并实现汽车仪表系统的软件功能,包括驱动程序、通信协议等;(4)采用CANoe等工具进行CAN总线通讯协议的设计与调试,保证系统及时准确地接收和发送数据;(5)通过实验验证系统的性能指标及可靠性等,检测系统的各项指标是否达到要求,并进行必要的优化。
0引言随着电力机车向大功率重载、高速方向发展,国内外轨道交通行业对机车的安全系数要求越来越高。
机车调试作为机车生产制造过程中的重要环节,调试质量高低直接关系到机车的运行安全性,因此该工序受到人们极大的关注。
目前国内机车的出厂检查与调试工作普遍采用传统的人工检查方式,调试工序质量主要受操作员工的技术经验、技能水平等人为因素影响,致使调试工作检查效率低、故障数据收集少、安全检查可靠性低等不良情况时有发生。
随着新世纪中国制造不断创新与发展,制造业的转型发展迫在眉睫,机车调试的智能检测系统是提高调试工作效率、检测质量水平和产品质量的必然选择。
本文提出一种基于MVB 总线的机车智能调试系统,通过研制自动化调试与机车综合诊断子系统,提高调试数字化率以及自动化率,提高检测结果的准确性,有效改善机车调试工序的效率与调试信息化水平。
1现有机车调试平台现状机车调试工艺作为机车出厂前的最后一道检查,在机车设计制造的整个环节起着关键作用。
机车在交付前需要实施各系统间的调整和验证,确保各系统之间可以畅通无阻地进行衔接与通讯。
由于电力机车的辅助、网络、牵引等系统的技术含量很高,机车的调试工作一直具有很高的难度。
据调查,目前国内机车调试领域使用的调试设备往往兼容性较差、工序繁琐、自动化程度低、人为因素影响较大,且无法自动提取关键测试数据[1]。
因此我们需要更加智能、更加全面的机车调试系统。
2MVB 总线特点MVB 总线技术首先在瑞士Lok460列车上进行了应用,是具备冗余线路传输并且使用曼彻斯特编码校验的通信总线技术,符合IEC870-5FT2级标准要求[2]。
MVB 体系结构如表1所示[3]。
综合调试系统的核心技术是数据的采集技术与调试自动化执行技术,它是基于MVB 数据车上状态在调试流程自动执行与结果解析的方法,突破现有人工调试的效率低的现状,并能够提供调试流程的自动化执行所需要的数据基础,完成按照调试工艺流程的自动化执行[4]。
基于ARM嵌入式的智能小车的控制系统设计研究智能小车的控制系统是指通过嵌入式ARM处理器实现对小车运动和功能的控制。
本文将基于ARM嵌入式处理器的智能小车控制系统进行设计和研究。
首先要考虑的是硬件平台的选择,对于智能小车的控制系统,我们选择了ARM嵌入式处理器作为主控制单元。
ARM嵌入式处理器具有低功耗、高性能和丰富的外设接口等特点,非常适合作为智能小车的控制系统。
在硬件平台上,我们可以选择一款具有较高性能的ARM Cortex-A系列处理器,例如Cortex-A53或Cortex-A72其次是软件平台的选择。
在智能小车的控制系统设计中,我们可以使用Linux操作系统作为嵌入式系统的基础。
Linux操作系统具有较好的稳定性和可扩展性,可以方便地进行开发和调试。
在Linux操作系统上,我们可以使用C/C++等编程语言编写控制程序,实现对小车的运动和功能的控制。
同时,我们还可以使用开源的ROS(机器人操作系统)作为控制系统的开发框架,以实现更加复杂的控制算法和感知模块。
接下来是小车的运动控制。
智能小车通常具有多个轮子和驱动电机,我们可以通过PWM(脉冲宽度调制)信号控制驱动电机的转动速度。
在ARM嵌入式系统上,我们可以使用GPIO(通用输入输出)接口输出PWM信号,从而实现对驱动电机的控制。
另外,我们还可以通过编码器等传感器来获取小车的运动信息,从而实现更精确的运动控制和定位功能。
除了运动控制,智能小车还需要具备一些功能模块,例如避障、图像识别和路径规划等。
在ARM嵌入式系统上,我们可以通过连接距离传感器、摄像头或激光雷达等外设,实现对周围环境的感知和识别。
通过图像处理和机器学习算法,我们可以实现对障碍物的检测和识别。
同时,我们还可以使用路径规划算法,根据目标位置和环境情况,生成小车的运动路径。
这些功能模块可以通过ROS开发框架进行集成和实现。
最后是通信模块的设计。
智能小车通常需要与上位机或其他智能设备进行通信,以接收指令和传输数据。
多功能车辆总线控制器芯片(MVBC)的帧收发器设计多功能车辆总线控制器芯片(MVBC)的帧收发器设计摘要:简要的介绍了MVB总线及多功能车辆总线控制器芯片(MVBC)的功能和结构,以及帧收发器在MVBC中的重要作用;详细论述了帧收发器中曼彻斯特编码、译码器的设计,CRC校验电路的电路设计,以及负责帧发送、接收的Encoder模块、Decoder模块的设计实现;最后介绍了该模块的验证方案。
关键词:MVB;WTB;MVBC;CRC;曼彻斯特码1 前言随着嵌入式微机控制技术和现场总线技术的发展,现代列车的过程控制已从集中型的直接数字控制系统发展成为基于网络的分布式控制系统。
基于分布式控制的MVB(多功能车辆总线)是IEC61375-1(1999)TCN(列车通信网络国际标准)的推荐方案,它与WTB(绞线式列车总线)构成的列车通讯总线具有实时性强、可靠性高的特点。
列车车辆的现代化的发展趋势与可靠性、安全性、通讯实时性的要求使MVB逐渐成为下一代车辆的通讯总线标准。
MVB 是主要用于有互操作性和互换性要求的互联设备之间的串行数据通讯总线,除用于车辆通讯,也可用作其它现场总线。
MVB与MVBC密不可分,MVBC(多功能车辆总线控制器)是MVB总线上的新一代核心处理器,它独立于物理层和功能设备,为在总线上的各个设备提供通讯接口和通讯服务。
MVBC与上一代MVB 通信控制器BAP15-2/3在性能上有了很大的提高,是目前MVB总线上最先进的通信控制器。
MVB总线通过总线适配器与MVBC相连,根据IEC-61375,MVB总线上采用曼彻斯特码,并每64位帧数据后加以8位CRC校验码。
MVB的帧分为主帧和从帧,分别由帧头、数据、校验码以及帧尾构成,不同帧的类型通过帧头来判别。
MVB与MVBC之间数据通信在MVBC中由帧收发器来完成,包括帧的发送接收控制、曼彻斯特编解码以及CRC校验码的产生与数据校验。
帧收发器在MVBC中起着数据链路层的底层数据处理的作用,是MVBC芯片的设计难点之一,该模块的设计实现对于整个MVBC 的开发有着重要的作用。
基于ARM和安卓系统的公路收费车道控制器解决方案我们国家高速公路的发展已经有近30年的历史,收费公路的发展也有近30年的历史,公路收费模式从人工收费、计算机收费、计重收费,逐步发展到今天ETC收费。
但是作为收费核心的车道控制器产品,其30年来的变化一直不大,现在采用最多的依旧是WINTEL模式,即Windows系统+Intel处理器的方式。
随着技术的发展,原有系统的问题也逐渐暴露出来,产品的功耗大、集成度低、安装费用高、版权争议问题、病毒防护等。
最近几年,ARM架构的处理器和安卓系统的产品越来越多,产品的易用性、低功耗、稳定性等优点,使得其应用越来越广泛。
触摸屏技术、NFC功能是智能终端的发展方向。
通过WiFi技术,智能控制外围设备也逐渐成为趋势。
为了充分满足社会发展的需求,本文提出了一种采用基于ARM处理器和安卓系统的新型车道控制器解决方案,将所有的功能集成为一体,实现公路收费车道的智能化控制及操作终端。
一、车道控制器的主要功能车道控制器是高速公路收费车道的核心控制设备,主要功能如下:(1)收费业务的流程控制与外围设备的逻辑控制;(2)多路音视频的采集、存储和传输;(3)操作及维护界面的显示,包括人工收费软件的操作界面和ETC、自动发卡机的维护界面;(4)车牌识别等需要智能视频处理的功能;(5)收费键盘输入;(6)独立的业务子网与音视频传输子网;(7)开关输出型外围设备的控制,如车道通行灯、栏杆机、报警灯等;(8)收费数据的保存与上传;(9)RS232外围设备的控制:如自动发卡机、读卡器、RFID天线、费额显示器、计重设备、票据打印机等;现有的车道控制器,一般采用一台工业计算机作为核心,亭内设备主要是显示器、收费键盘、打印机、读卡器等;亭外设备主要是电动栏杆机、费额显示器、车检器、雨棚信号灯、通行灯等。
设备的控制一般采用RS232串口控制或者开关量控制。
车控器一般需要配置8个串口和16路的IO卡,才能基本满足需要。
ARM7的MVB_CAN网关设计方案随着网络技术和控制技术的发展,机车信息化控制技术向着更高的方向发展。
为此,IEC制定出新的列车通信网路国际标准TCN(机车通信网络),以满足列车微机控制系统中对车载数据通信网提出的新要求。
按照TCN标准,列车通信网可分为两级:级是WTB绞线式列车总线(Wired Train Bus),可实现车辆间的数据通信;第二级是MVB(Mul-tifunction Vehicle bus)多功能车辆总线,主要实现同一个车辆内各个功能控制单元之间的数据通信。
多功能车辆总线(MVB)是主要用于有互操作性和互换性要求的互连设备之间进行串行数据通信的一种总线,MVB以其高实时性、高可靠性及可管理性等多方面的优势而广泛的应用在列车总线控制当中。
控制器局部网(CAN-CONTROLLER AREANETWORK)是BOSCH公司为现代汽车应用推出的一种多主机局部网。
由于该网的卓越性能,现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多领域。
对于现在的机车总线通信,MVB总线主要应用在单台机车内的车载设备间的通讯,而CAN总线则用于车载设备内部模块间的数据通讯。
因此,实现CAN总线与MVB总线之间的通信就成为工程实践中一个必须解决的问题。
1 报文1.1 CAN报文CAN报文主要包括数据帧、远程帧、出错帧、超载帧等四种帧。
在总线中传送的报文,每帧一般由7部分组成。
CAN协议支持两种报文格式,它们之间的不同是标识符(ID)长度不同。
它们的标准格式为11位,扩展格式为29位。
在标准格式中,报文的起始位通常也称为帧起始(SOF),之后,一般是由11位标识符和远程发送请求位(RTR)组成的仲裁场。
RTR位用于标明是数据帧还是请求帧,请求帧中没有数据字节。
控制场的包括的标识符扩展位(IDE)用于指出是标准格式还是扩展格式。
此外,它还包括一个保留位,以便为将来扩展使用。
基于ARM和MVB的车辆总线控制器设计
文章介绍了MVB整个系统的方案和架构,对系统的硬件和软件的实现进行了详细描述。
同时提出了采用FPGA来实现MVB控制器MVBC的方案,从而实现物理层和数据链路层的功能,并且为上层应用提供硬件平台。
通过软硬件的测试,该系统现已成功运行在列车控制系统中。
实践证明该方案比购买MVB专用处理芯片节省很多成本,也避免了技术上受制于人,为该领域积累了宝贵的应用经验。
标签:多功能车辆总线;FPGA;MVB控制器
引言
随着近几年轨道交通的发展,现代列车都更趋于高速、舒适和自动化,因此,现代列车正常运行需要很多的信息,比如车辆运行状态、乘客信息等。
而这些信息需要在各个车辆之间直接进行传输。
怎样将这些信息安全、快速并准确的在整个列车上传输,已经成为新列车研发中面临的一个重要问题。
MVB 是列车设备之间传送和交换数据的通信标准。
总线上的各个设备可能在功能、尺寸、性能上互不相同,但都和MVB总线相连,利用MVB总线来进行信息交换,组成一个完整的通信网络。
MVB专用芯片必须依靠进口,价格较高,不利于在国内的列车控制及工业控制领域进行推广。
因此推出拥有自主知识产权的MVB控制器十分必要。
1 总体方案设计
车辆总线控制器由硬件和软件两个模块组成。
MVB的OSI 模型及其实现如图1所示。
硬件部分由嵌入式处理器、通信子模块、I/O模块等;软件部分包括软件开发平台,应用编程接口(API),用来屏蔽具体硬件特性的板级支持包(BSP)。
其中由硬件来实现OSI中物理层和链路层,由软件实现其他各层。
根据车辆总线控制器应该能满足实时处理紧急情况的需求,为此车辆总线控制器中选用了Vxworks操作系统。
同时基于控制器的工作环境和处理性能的需要,系统选用了工业级别的ARM 处理器AT91M40800。
AT91M40800基于ARM7TDMI内核,集成高性能的32位RISC处理器、16位压缩指令集、8KB 片上SRAM、可编程外部总线接口(EBI)、3通道16位计数器/定时器、32个可编程I/O口、中断控制器、2个USART、看门狗定时器、主时钟电路和DRAM 时序控制电路,高级节能电路;可支持JTAG调试,主频可达到40MHz。
系统中,MVB控制器(简称MVBC)是控制MVB各个物理设备之间联系的模块。
MVBC用来实现MVB数据帧的编纠错和解码等功能,因此本系统中
MVBC是最关键的模块。
考虑到系统需求、成本,供货情况等因素,选择了Altera 公司的CycloneII系列FPGA来实现。
根据系统总体方案设计和选型,进行的系统硬件和软件设计。
具体系统硬件构架见图2,软件构架如图3所示。
这里,TrafficMemory(TM)是实现处理器和MVBC之间通讯数据交换,在TM地址空间存储了所有软件和MVBC要交换的控制信息和数据,处理器和MVBC都是可访问这个地址空间的。
访问TrafficMemory示意图如图4所示。
2 系统硬件电路设计
系统硬件设计包括MVBC的FPGA实现和MVB总线的板级设计,其中最关键的是MVBC模块的设计,MVBC组成框图如图5所示。
从图5可以看成,MVBC包含编码器、发送缓冲区、译码器、接收缓冲区、报文分析单元、状态控制寄存器已经主控单元等功能模块组成。
编码器用来把信号变成曼彻斯特编码,将数据帧传送出去。
发送缓冲区放置将要发送的数据和CRC值。
译码器将接收信号曼彻斯特译码,进行数据提取和数据错误检测。
接收缓冲区放置接收数据和CRC结果。
报文分析单元检测主帧和从帧报告超时,帧误检测、错误状态。
状态控制寄存器用来配置MVBC。
主控单元支持MVBC作为主设备或者从设备工作,支持队列消息传送。
地址逻辑对访问的输入地址进行解析;产生MVBC访问TM的地址。
系统通过时钟产生电路为系统提供MVBC的工作时钟和计算器。
通用定时器可以产生两个定时输出信号,同时可以给系统提供同步信号。
3 系统软件设计
MVB系统中,有监视数据,消息数据和过程数据三种不同的数据,图6为MVB系统软的件模块设计。
4 软硬件的调试
系统中过程数据周期性发送,通讯机制如下:
在发送方,过程变量通过应用模块发送给过程数据处理模块,过程数据处理模块依据设置,定期刷新TM中的相应逻辑端口的数据,发送方软件的任务完成。
发送方定时发出主帧,经过解码,获得逻辑端口的相应值,查询TM相应逻辑端口的发送设置后,将MVBC设置为发送状态,逻辑端口的数据作为过程数据从帧从编码器发送出去,如图7所示。
在接收方,接收过程与发送过程相反,接收总线管理器BA定时发出主帧,经过译码器解码,获得相应逻辑端口的值,通过查询TM相应逻辑端口接收设置
后,将MVBC设置为接收状态,在收到发送方的从帧后,相应逻辑端口在TM 中的数据立即更新并发出中断信号,接收过程完成。
可以采用定时查询或中断的方式,获得逻辑端口更新后的过程数据。
5 结束语
该MVB系统经过了严格的软硬件现场测试,在某列车控制系统中现已成功运行,实现了对列车的运行过程控制、机车控制、状态监测、故障诊断及旅客服务等。
为MVB总线在实践中的应用提供了宝贵经验。
参考文献
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