[发明专利]基于ARM7的WTB-CAN网关

说明书

技术领域

本发明所述的基于ARM7的WTB-CAN网关涉及计算机通讯网络控制系统。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的工业控制领域。

背景技术

随着铁路跨越式发展的需要，CRH5、CRH2、HXD1等列车在国内主干线路上广泛地应用，国外先进的TCN网络控制技术已引入国内。同时我国的电力机车车辆也开始陆续采用TCN技术，即通过TCN网络解决现场所有信号的采集与控制等问题。

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TB/T3035-2002。TCN标准定义了多功能车辆总线MVB和绞线式列车总线WTB两种形式，是为铁路行业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。

CAN总线是公认的最具发展前途的现场总线之一，ISO11898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。虽然用产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转换技术已经攻克，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

本发明的目的是提供一种新型的WTB-CAN网关，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总线接口的网络设备，使之既具有了WTB过程数据功能、消息数据功能和总线管理功能，也具有了CAN链路层管理功能和应用层功能。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种基于ARM7的WTB-CAN网关，其特征在于包括WTB板卡、CAN板卡、CPU板卡、电源板卡和背板。所述的WTB板卡、CAN板卡和CPU板卡都是通过背板上的背板总线相连接，而电源板卡为WTB板卡、CAN板卡和CPU板卡提供工作电压；所述的WTB板卡负责WTB总线设备的数据采集和传输；所述的CAN板卡负责CAN设备的数据采集和控制；所述的CPU板卡负责WTB总线和CAN总线设备数据的中央处理及生成用于列车车辆诊断分析的RS232数据流。

所述的WTB板卡包括WTB协议控制电路、FPGA编解码处理器和WTB总线驱动器。所述的设备数据流从背板总线经FPGA编解码处理器允许，传入WTB协议控制电路转化为HDLC格式报文，传送到FPGA编解码处理器生成曼彻斯特信号，再通过WTB总线驱动器进行信号调整，传送到WTB总线上去；所述WTB总线板卡还可以接收WTB车辆总线上的传输数据，经过处理后回传到背板的背板总线上。

所述的CAN板卡包括FPGA逻辑处理器、CAN协议控制器、CAN隔离光耦和CAN总线收发器，所述的设备数据流从背板总线传送到FPGA逻辑处理器中和CAN协议控制器转化为链路报文，通过CAN隔离光耦变成隔离的信号电平，经CAN总线收发器调制成差分信号传送到CAN总线上去；所述CAN总线板卡还可以接收CAN总线上的传输数据，经过处理后回传到背板的背板总线上。

所述的CPU板卡包括中央处理器、电平转换电路和RS232协议控制器，所述的中央处理器分别传送WTB总线和CAN总线数据流，经过背板的背板总线传入WTB总线板卡和CAN总线板卡，同时中央处理器将采集的数据信息生成用于列车车辆诊断分析的数据流，从RS232接口输出。

所述的WTB协议控制电路以查询方式读取WTB过程数据、消息数据或监视数据，转化为HDLC报文格式，传入FPGA编解码处理器中组成曼彻斯特码信号，或者将来自FPGA编解码处理器的曼彻斯特码信号，经过处理解析为标准并行信号数据，传入WTB协议控制电路。

所述的FPGA编解码处理器是将来自WTB协议控制电路的HDLC报文转化为曼彻斯特码信号，送入WTB总线驱动器生成标准差分信号，或者将来自WTB总线驱动器的差分信号，转化为串行数据传送到WTB协议控制电路。