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关于共享内存的MVB与LON总线网关设计研究

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-11-02 编辑:智慧

引言

控制网络技术作为现代火车的关键技术,已在世界范围内得到广泛应用。 M VB是IEC -1(1999)TCN(火车通信网络国际标准)的推荐方案。它具有由WTB(Twisted Train Bus)组成的火车通信总线的高实时性和高可靠性的特点。中国的机车设备通信使用大量的MVB网络,例如“和谐HXD1”,“中国之星”,“中央之星”,“ SS3B重型电力机车”等。 LON Fieldbus是美国Echelon Corporation引入的一种现场总线技术。由于LON控制网络的开放性,高速性和互操作性,它已广泛应用于工业,建筑,家庭,办公设备,交通,能源等领域。随着列车控制网络的开放性和成本性能的提高,以及基于网络的远程诊断和维护,旅客信息和舒适度的新要求,控制网络在列车上的应用将呈现多种技术。在相互竞争和融合的情况下,车辆总线可能采用MVB,而I/O控制子系统可能采用LON总线,这也对列车设备与无线通信系统之间或单独的MVB之间的通信提出了更高的要求。总线和LON总线设计了两组无线通信系统,既可以设计MVB总线又可以通过LON总线数据转换网关来实现两种总线之间的数据传输,只需要在MVB总线或LON总线上建立无线通信系统即可。节省成本。

本文提出了一种基于共享内存的MVB总线和LON总线网关,通过双端口RAM实现数据共享,根据数据源设置共享存储区域的读写权限,从而实现MVB总线之间的信息和LON巴士。

1 MVB-LON网关的硬件结构设计

M VB-LON网关硬件分为两部分。其中一些以Neuron神经元处理器芯片为核心来构建LON智能通信节点。 FPGA的一部分被用作构建MVB通信网卡的核心。两者使用双端口RAM共享存储器来实现数据通信。

1.1 LON智能通信节点设计

LON智能节点执行与LON总线的数据通信功能。硬件电路包括神经元芯片Neuron3150,收发器,EEPROM,双端口RAM,解码电路和服务电路。神经芯片形成一个网络节点,该网络节点通过LonTalk协议与网络上的其他智能节点进行通信,并通过访问双端口RAM实现与其他网络的数据交换。双端口RAM在不同的网络通信过程中充当现场信息的接收和发送缓冲区,并完成了最近传输的交换数据的存储和转发功能,从而减轻并避免了系统缓存的紧张和瓶颈。将LonTalk网络协议固件,多任务调度程序,网络适配器通信管理器和网络配置信息存储在非易失性存储器EEPROM中。

1.2 MVB通信网卡设计

MVB通信网卡仅执行数据转换和传输而不进行处理。因此,可以通过FPGA和简单的外围电子电路来实现网络传输和控制功能。使用FPGA来实现MVB低级逻辑相对简单,可以根据用户要求灵活配置数据端口,可以轻松读写双端口RAM,并且可以实现简单的控制转换。

2 MVB-LON总线网关软件设计

MVB-LON总线网关软件分为两部分,一个部分用于LON通信设计,另一部分用于MVB通信节点设计,它们是独立的网络应用程序,不会相互影响。 MVB总线和LON总线通过共享内存实现数据传输,因此有必要定义MVB总线和LON总线之间的数据转换模式。

2.1 LON智能节点软件设计

LON总线编程中使用Neuron C语言。 Neuron C是基于ANSI C的高级语言,具有用于网络通信的扩展接口和高级硬件设备接口。它增加了对I/O,事件处理,消息传递和分散数据目标的支持,包括软计时器,网络变量,显示消息,多任务调度程序和其他功能。可以直接在LonBuilder神经元模拟器上调试用Neuro n C语言开发的应用程序,因此可以独立于硬件设计来完成应用程序开发。

2.2 MVB通信网卡软件设计

MVB通信网卡软件使用硬件描述语言VHDL编程,主要设计MVB低级逻辑和双端口RAM访问接口。基础逻辑包括MVB物理层和数据链路层,它们根据功能分为曼彻斯特编解码器和控制逻辑。 p>

2.3 MVB-LON数据转换

数据转换是M VB-LON网关设计中的难点。 LON总线和M VB总线使用不同的总线协议。 MVB总线采用主从帧响应模式,而LON总线采用载波监视模式,该协议无法将这两个协议融合在一起。因此,考虑到两种类型的网络数据的转换,本文使用数据共享来实现数据转换。

LON总线和M VB总线使用双端口RAM进行数据共享。 LON智能通信节点和MVB通信网卡在它们各自的网络传输中是独立的,并且不会相互影响。为了避免MVB总线和LON总线之间的读取和写入冲突,根据MVB网络或LON网络数据源确定读取/写入。也就是说,如果数据源是MVB网络,则M VB通信网卡部分的存储地址是可写的,而LON智能节点Some只能读取,反之亦然。

3系统测试

分别构建了两个总线网络MVB和LON,中间连接了MVB-LON网关。在MVB网络中,总线采用仲裁者-生产者-消费者模式。因此,将符合IEC-1标准的瑞士DUAGON公司的D412设备用作主设备,将自行开发的M VB1类设备用作MVB侧的从设备。在LON网络中,总线使用载波检测。因此,在LON网络中使用PCLTA-20节点,并且PCLTA-20节点可以单独与MVB-LON网关节点通信。书中显示了测试网络,测试中使用了2个测试项目。

3.1 MVB至LON数据传输功能测试

此功能测试用于测试MVB网络的数据,并通过MVB-LON网关将其传输到LON网络,即,将数据从MVB1类设备传输到PCLTA-20的LON节点。 MVB1类设备设置源端口,MVB-LON在MVB网络部分中设置接收端口,在LON总线部分中设置显式网络变量,MVB-LON网关输出网络变量,并且PCLTA-20节点输入网络变量。在此功能测试中,MVB源端口和接收器端口地址设置为0x101,数据长度为16位,并且LON总线网络变量NV MVB。

4个结论

针对平均划分的EDF调度算法的量化误差问题,介绍了一种改进的基于指数划分的EDF调度算法。该算法解决了CAN总线网络资源不足,传输信息过大时,由于量化误差而导致信息传输任务无法调度的问题。由于EDF调度算法广泛用于CAN总线通信优化,因此本文在CAN总线系统的设计中具有指导作用。同时,如何在实际的CAN节点中实现改进的EDF调度算法也是本文的主要研究方向。

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