专利名称：Wtb-can网关设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及符合TCN标准的WTB网络控制系统，是具有CAN通信能 力的WTB网络通讯设备。广泛应用于铁路列车、地铁列车和城市轨道交通车辆 等实时性要求较高、能够自动编组的工业控制领域。
背景技术：
IEC61375-1《列车通信网络》(简称TCN标准)，是一项国际标准，也是我 国铁路行业标准。TCN标准是为铁路机车车辆这一特殊应用领域设计的现场总 线标准，它制定了一个开放的通信系统，从而使得各种铁道机车车辆能够相互 联挂、不同厂商的设备能够互联。TCN标准一共定义了多功能车辆总线MVB 和绞线式列车总线WTB两种形式，其中MVB总线连接一个车辆内的设备，总 线工作频率为1.5Mbit/s，介质为双绞线或光纤。MVB总线在链路层提供了两种 传输服务(1)过程数据周期性的，源寻址广播数据；(2)消息数据按 需传送的，目标寻址的数据报文。
CAN总线是公认的最具发展前途的现场总线之一，IS011898标准是它的国 际标准。CAN总线标准遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、数据链路层 和应用层。CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制系统的串行通信网 络，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
目前，由于国内CAN接口列车安全监控系统的服务要求，需要通过CAN 接口，将列车运行数据传送到列车安全监控系中，方便于列车行车安全及维护。 于是WTB-CAN网关便成为TCN网络控制系统必需的关键设备，使得CAN与 WTB网络达到无缝地结合。虽然用户可以直接采购国外的WTB-CAN网关，但 是国内还没有应用于机车车辆行业的具有自主知识产权的WTB-CAN网关，所 以WTB-CAN网关的研制成功，标志着全部WTB-CAN转换技术己经攻克，填 补了国内这一领域的空白，使我国的TCN网络控制技术上了一个新台阶，对于 国内铁路机车车辆行业的技术创新具有现实意义。发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的WTB-CAN网关设备，主要应用于铁 路列车、地铁列车和城市轨道交通行业的WTB网络控制系统中，连接CAN网 络设备。使它既具有了 WTB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也 具有CAN链路层和应用层功能。
本实用新型的技术解决方案是这样实现的
一种WTB-CAN网关设备，其特征在于包括以32位ARM7处理器为核心 的，外围配置FLASH、 SDRAM、电源管理电路、复位电路、实时时钟和RS232 协议控制器的核心处理电路、以8位处理器和ESCC控制器为核心的WTB协议 控制电路、以FPGA器件为核心的FPGA编解码处理器、以RS485协议控制器 和MOSFET器件为核心的WTB总线驱动器、以FPGA器件为核心的FPGA逻 辑处理器、以CAN独立协议芯片为核心的CAN协议控制器、以光耦为核心的 CAN隔离光耦和以CAN驱动芯片为核心的CAN总线收发器；所述核心处理电 路中的电源管理电路通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述电路中的所有 芯片提供供电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址 线异步访问FLASH,同时通过32根数据线和14根地址线同步访问SDRAM, 完成程序的执行；WTB总线上的冗余差分数据信号通过两组信号线分别传送到 WTB总线驱动器，经FPGA编解码处理器转化处理后，再存放于WTB协议控 制电路IS62C1024芯片中；ARM7处理器NET+50芯片通过16根数据线、19 根地址线和控制线互锁机制，优先访问IS62C1024芯片，并取得设备数据，再 经CAN协议控制器SJA1000芯片把并行数据转化为串行数据，传送到CAN隔 离光耦进行信号电气隔离，最后通过CAN总线收发器传送到CAN总线上形成 CAN差分信号。反之，从CAN总线到WTB总线的设备数据传输过程与上述方 法相似。
所述的核心处理电路包括中央处理器、FLASH、 SDRAM、电源管理电路、 复位电路、实时时钟和RS232协议控制器。其硬件结构示意图如图2所示。核 心处理电路作为网关核心处理单元，不仅完成WTB过程数据功能、消息数据功 能和总线管理功能，也完成CAN链路层和应用层功能。
所述的WTB协议控制电路是WTB网络的核心部件，完成WTB总线链路 层功能；WTB总线驱动器是以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的，
4完成WTB总线物理层功能；FPGA编解码处理器是总线信号编码和解码器件，
完成WTB总线信号编解码功能。。核心处理电路和WTB协议控制电路在进行 数据交换时，通过控制信号来解决访问冲突问题，在双方争用同一地址单元时， 其片内硬件电路可根据两边的地址、片选以及读写信号到达先后顺序来裁决哪 方有使用权，避免因此而产生的读写错误。而WTB协议控制电路生成HDLC 报文，传送到FPGA处理器转化生成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器完成对 WTB总线的操作。
所述的CAN协议控制器是CAN网络的核心部件，完成CAN链路层功能； FPGA逻辑处理器是以FPGA芯片为物理介质的，调整控制电路的逻辑和时序； CAN隔离光耦是以光耦器件为核心的，将差分信号进行电气隔离；CAN总线收 发器以CAN总线驱动芯片为核心的，增强CAN总线的驱动能力。核心处理电 路通过FPGA逻辑处理器转化成的地址数据复用方式，访问CAN协议控制器， 经过CAN隔离光耦进行电气隔离调整，经CAN总线收发器对CAN网络进行操 作。
与现有技术相比较，本实用新型的优点在于
(1) 本实用新型符合IEC61375和IS011898,填补了国内在WTB网络与 CAN总线数据转换这一技术领域的空白。
(2) 本实用新型通过了 CAN网络产品例行试验项目，完成与国外CAN产 品的一致性测试。
(3) 本实用新型通过了 TCN网络产品例行试验项目，完成与国外WTB产 品的一致性测试。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型核心处理电路的硬件结构图。
图3是本实用新型中央处理器及其外围电路接口电路图； 图4是本实用新型WTB协议控制电路接口电路图； 图5是本实用新型CAN协议控制器及其外围电路接口电路图； 图1是本实用新型的说明书摘要附图。
具体实施方式
如图1所示的一种WTB-CAN网关设备，包括核心处理电路、WTB协议控制电路、FPGA编解码处理器、WTB总线驱动器、FPGA逻辑处理器、CAN协 议控制器、CAN隔离光耦和CAN总线收发器，其中的核心处理电路通过WTB 协议控制电路生成HDLC报文，传送到FPGA编解码处理器转化生成曼彻斯特 信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线上；同时它也将数据通过FPGA逻 辑处理器生成地址数据复用信号，传送到CAN协议控制器中转化为链路层报文， 通过CAN隔离光耦变成隔离的差分电平信号，经CAN总线收发器传送到CAN 上去。
所述的核心处理电路是以32位中央处理器为核心的，外围配置FLASH、 SDRAM、电源管理电路、复位电路、实时时钟和RS232协议控制器。其中所述 的中央处理器选用NetSilicon公司的32位处理器NET+50，它内嵌ARM7TDMI 核，支持32位内部总线，有40个可编程I/O接口引脚，16个输入接口引脚， 36个可编程中断。本系统中，处理器的晶振频率为18.432M，异步访问SDRAM 的周期为60ns。由于WTB协议控制电路插入的等待时间可达10us，因而处理 器的访问速度保证了 WTB协议控制电路对WTB总线数据的可靠接收和发送。
所述的WTB协议控制电路是WTB网络的核心部件，选用IS62C1024芯片、 Zilog公司的Z8S180芯片和Z85230芯片，具有WTB高级设备功能；WTB总线 驱动器是以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的，选用Ltcl485和 ZVN2106GTA芯片，具有RS485差分信号收发及电平驱动功能；FPGA逻辑处 理器是WTB网络的编解码器，选用Xilinx公司的XC2S30芯片，具有WTB总 线编解码功能。
所述的CAN协议控制器是CAN网络的核心部件，选用SJA1000芯片，支 持IS011898规范；CAN总线收发器是以CAN驱动器为核心的，选用PCA82C250
芯片，具有增强CAN总线驱动功能；CAN隔离光耦是对信号进行电气隔离， 选用6N137器件，调整和整形电气信号。
权利要求1、一种WTB-CAN网关设备，其特征在于包括以32位ARM7处理器为核心的，外围配置FLASH、SDRAM、电源管理电路、复位电路、实时时钟和RS232协议控制器的核心处理电路、以8位处理器和ESCC控制器为核心的WTB协议控制电路、以FPGA器件为核心的FPGA编解码处理器、以RS485协议控制器和MOSFET器件为核心的WTB总线驱动器、以FPGA器件为核心的FPGA逻辑处理器、以CAN独立协议芯片为核心的CAN协议控制器、以光耦为核心的CAN隔离光耦和以CAN驱动芯片为核心的CAN总线收发器；所述核心处理电路中的电源管理电路通过5伏电源线、3.3伏电源线和地线为上述电路中的所有芯片提供供电电源；ARM7处理器NET+50芯片通过32根数据线和20根地址线异步访问FLASH，同时通过32根数据线和14根地址线同步访问SDRAM，完成程序的执行；WTB总线上的冗余差分数据信号通过两组信号线分别传送到WTB总线驱动器，经FPGA编解码处理器转化处理后，再存放于WTB协议控制电路IS62C1024芯片中；ARM7处理器NET+50芯片通过16根数据线、19根地址线和控制线互锁机制，优先访问IS62C1024芯片，并取得设备数据，再经CAN协议控制器SJA1000芯片把并行数据转化为串行数据，传送到CAN隔离光耦进行信号电气隔离，最后通过CAN总线收发器传送到CAN总线上形成CAN差分信号。
专利摘要本实用新型公开了一种WTB-CAN网关，其特征在于包括核心处理电路、WTB协议控制电路、FPGA编解码处理器、WTB总线驱动器、FPGA逻辑处理器、CAN协议控制器、CAN隔离光耦和CAN总线收发器。核心处理电路通过WTB协议控制电路生成HDLC报文，传送到FPGA编解码处理器转化成曼彻斯特信号，经WTB总线驱动器传送到WTB总线上；同时它也将数据经FPGA逻辑处理器传送到CAN协议控制器中转化为链路层报文，通过CAN隔离光耦变成隔离的差分电平信号，经CAN总线收发器传送到CAN总线上去。本实用新型具有WTB过程数据、消息数据、监视数据和网络管理功能，也具有CAN链路层和应用层功能。
文档编号H04L29/08GK201274504SQ20082021845
公开日2009年7月15日 申请日期2008年10月13日 优先权日2008年10月13日
发明者跃 于, 任宝兵, 健 吴, 杜振环, 谭雷雨 申请人:中国北车股份有限公司