[發明專利]基于FPGA技術的多功能車輛總線中繼器

在審

• 申請號: 201811247112.1
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109286550A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 楊娜
• 申請（專利權）人: 上海申珩電子科技有限公司
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于FPGA技術的多功能車輛總線中繼器，本發明遵循IEC61375標準對MVB總線中繼器的要求，利用通用FPGA技術，實現對MVB總線信號的再生和放大功能。本發明采用冗余結構設計，分為A和B兩路并行數據通信中繼通道，每路均包括：MVB網絡1信號物理接口、MVB網絡2信號物理接口、FPGA模塊和電源模塊。在FPGA模塊內，實現了雙向的編解碼、方向控制、時間控制和數據轉換等功能。本發明的中繼器具有通用性、安全可靠，并且符合IEC61375標準的規定。

技術領域

本發明涉及列車網絡通訊領域，尤其涉及基于FPGA技術的多功能車輛總線中繼器

技術背景

多功能車輛總線MVB(Multifunction Vehicle Bus)是列車通信網絡TCN(TrainCommunication Net)的一部分，遵循IEC61375《列車通信網絡》(簡稱TCN標準)標準，主要用于有互操作性和互換性要求的互聯設備之間的串行數據通信。MVB總線的傳輸介質分成電氣短距離ESD、電氣中距離EMD以及光纖三種，而在實際運用中多采用電氣中距離介質EMD。電氣中距離EMD則采用變壓器耦合和屏蔽雙絞線介質，傳輸速率為1.5Mbits/s，盡管EMD的MVB總線采用差分傳輸以提高傳輸距離，但在長距離傳輸、車廂跨接以及復雜的機車環境下，信號衰減在所難免。因此，在IEC61375標準中要求采用MVB中繼器來提高信號的傳輸距離，并規定MVB中繼器屬于0類設備，具備通信信號的再生和放大功能，但不具備數據通信能力。

目前的MVB中繼器產品主要以西門子和阿爾斯通等國外公司的為主，設計是用專用的MVB控制芯片實現的，按照IEC61375標準的規定，采用冗余結構設計，實現信號的再生和放大功能。

發明內容

本發明提供一種基于FPGA技術的MVB總線中繼器，利用通用FPGA技術，解決現有技術的不足。

本發明提供的總線中繼器，按照IEC61375標準規定，采用冗余結構設計，分為A和B兩路并行數據通信中繼通道。每路均包括：MVB網絡1信號物理接口、MVB網絡2信號物理接口、FPGA模塊和電源模塊。

所述的MVB信號物理接口：MVB總線物理介質分為ESD、EMD和OGF三種方式，本發明針對的是EMI)方式。接收時，MVB差分信號經過變壓器耦合轉變為模擬信號，再經過低通濾波器、信號放大器和運算放大器將模擬信號轉換為TTL電平的數字信號送入FPGA模塊；發送時，FPGA模塊將發送的數字信號送入RS485通信驅動芯片，TTL電平的數字信號轉換為差分信號，再經過通信變壓器對差分信號驅動放大，最終送入到總線中。屏蔽雙絞線與所述的中繼器連接，采用DB9連接器。

所述的FPGA模塊包括：雙向的解碼模塊和編碼模塊、方向控制模塊、時間控制模塊和數據轉換模塊。

優選地，所述解碼模塊對輸入的信號進行數字濾波并采樣，實時檢測總線狀態，檢測到幀的起始位后，同步幀時鐘，并對幀的數據段進行解碼，檢測到幀的結束位后完成一個幀數據的解碼操作；

優選地，所述編碼模塊完成的主要功能有：幀起始位編碼、數據段編碼和幀的結束位編碼。數據編碼是根據解碼的數據順序，按照先入先出的原則，移位編碼輸出；

優選地，所述方向控制模塊控制著通信數據的傳輸方向。中繼器是連接MVB網絡1和2的數據通信通道，冗余結構的每路通道中，都具有通信數據從MVB網絡1流向網絡2，和從網絡2流向網絡1的功能需要。所述的方向控制模塊，根據解碼模塊檢測到的幀起始位，選定和其對應方向的編碼模塊，同時屏蔽反方向的編碼模塊和解碼模塊；

優選地，所述時間控制模塊完成以下四個時間的控制：

1、IEC61375標準規定幀數據在中繼器中傳輸延時不能超過3.0us，本發明延時時間為2.33us，即1個起始位時間+3個數據位周期時間；