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1、第25卷第3期铁道机车车辆Vol125No132005年6月RAILWAYLOCOMOTIVE&CARJun12005文章编号:1008-7842(2005)03-0026-02MVB网络接口单元的FPGA实现蔡颖,诸昌钤(西南交通大学交通信息工程实验室,四川成都610031)摘要介绍了列车通信网和多功能车厢总线(MVB),分析了国外先进的MVB网卡通信机制与特点,在此基础上,提出了一种主动式MVB网卡的FPGA实现方法,并采用了功能相关的模块分组验证方法,对MVB系统进行功能验证及时序验证。关键词列车通信网;MVB;网络接口单元;FPGA中图分类
2、号:TN919文献标志码:A列车通信网络(包括地铁、城市轻轨列车上的通为MVBⅠ型网卡和MVBⅡ型网卡。MVBⅠ型网卡是一信网络)是面向现场控制的一种连接车载设备的数据种被动式网络接口单元,可以用作TCN定义的1类或通信系统,是分布式列车控制系统的核心组成部分。2类设备的网络接口单元,具有过程数据传输功能。国际电工技术委员会IEC为实现车载数据通信的国际卡上没有应用处理器,不能作为总线管理器和进行消标准化于1999年通过了一项列车通信网络专用标准即息数据通信。功能相对单一,结构也较为简单。现已TCN(IEC-61375)。该标准将列车通信网络分成用
3、于有用FPGA实现MVBⅠ型网卡投入使用。连接各节可动态编组的列车级通信网络WTB和用于连MVBⅡ型网卡上有本地应用处理器,是一种主动接车辆内固定设备的车辆通信网络MVB。其中,MVB式网络接口单元,用作TCN定义的3类及3类以上设为快速的过程控制的总线,能提供较快的响应速度,备网络接口单元,实现过程数据和消息数据通信,并适合用作车辆总线,对于固定编组的列车,MVB也可可作为总线管理器。其硬件结构框图如图1所示,其以用作列车总线。中,PC104并行总线接口为网络接口单元和本地其他同其它的几种通用的现场总线(LonWorks、Word2单元(可以是主
4、CPU、I/O单元以及外界通信接口单元)之间的数据通信提供并行通道。板内留有PLDFIP、CAN等)在列车上的应用相比,MVB在实时性、(ProgrammableLogicDevice),用户可以通过逻辑设计方可靠性、可管理性、介质访问控制方法、寻址方式、便地动态改变硬件设置,以适应不同总线接口需求。通信服务种类等方面有着一定的优势。但由于WTB、MVB是专门针对列车通信网络而开发的,其适用范围、供货商、经济性均不如其他几种通用现场总线。尤其是所有与MVB连接的设备都需要通过MVB网络接口单元访问MVB,而国外公司对该网卡的核心芯片MVB总线控制器
5、芯片的垄断,给国内机车推广使用该标准和开发基于此标准的其它应用带来了极大的阻力。同时由于当时制造工艺和设计技术的限制,导致MVB图1现有的MVBⅡ型网卡硬件结构网卡实现方法过于复杂,造价偏高。因此进行MVB网当前国内外流行的MVBⅡ型网卡多采用本地CPU卡的其它实现方法研究,尤其是对MVB网卡功能模块芯片组+专用MVB总线控制芯片+存储器+时序逻辑进行优化,并用通用的现场可编程逻辑器件(FPGA)电路的结构,硬件结构较为复杂,器件繁多,体积庞和基于软核的片上系统(SOC)设计方法实现其所有大,价格昂贵,同时部分芯片,如MVBC,供货困难,功能,具有
6、现实意义。给MVB在国内机车上的推广使用和开发MVB的其它1MVB网络接口单元应用带来了很大的困难。于是本文使用了先进的基于根据MVB设备的类别和功能,在MVB中,主要软核的SOC设计方法,对MVBⅡ型网卡的功能模块重存在两种类型的网络接口单元(简称为网卡),可以称新进行了划分。使之可以用一片FPGA加上存储器即蔡颖(1976-)男,湖南耒阳人,硕士生(收稿日期:2005-01-31)第3期MVB网络接口单元的FPGA实现27可实现主动式网络接口单元的所有功能,为国内机车、运行本地设备的应用软件,这减少了硬件设备,但将车辆推广使用MVB技术和开发基
7、于MVB的其它应用本地设备的程序移植到网卡上的工作量较大,这种应提供了很好的平台。用非常少。2MVB网卡的FPGA实现方案本文所设计的MVBⅡ型网卡的FPGA实现方案硬件结构如图2所示,格框部分是该方案的核心,即用FPGA实现一个MVB专用SOC芯片,该芯片主要分为两大部分,一是总线控制模块,为总线上各个设备提供通讯接口和服务。另一个是应用处理器部分,作为通信管理器。在MVB专用SOC芯片内部还配备有应用处理器专用的ROM和MVBC模块共享的RAM。考虑到存储器的大小需要根据具体应用灵活安排,该SOC图2基于FPGA方案的MVBⅡ型网卡硬件结构未把
8、共享内存(TrafficMemory)集成在片内。且板上仍下面介绍一下该MVB专用芯片内各模块的设计。留有可编程逻辑器件(
