[发明专利]一种基于MVB通信的安全输出方法

说明书

技术领域

本发明涉及MVB通信领域，特别是一种基于MVB通信的安全输出方法。

背景技术

目前基于TCN的列车通信网络设备在动车及城轨等项目上得到大批量的应用。TCN体系结构定义了2种总线：多功能车辆总线（MVB）和绞线式列车总线（WTB）。MVB总线用于连接车辆内部的设备或固定编组的列车组中各车辆之间的设备。其特点是响应迅速、实时性强、可靠性高，在轨道交通领域得到广泛的使用。

多功能车辆总线（MVB）是将位于同一车辆，或固定重联的不同车辆中的标准设备连接到列车通信网络上的车辆总线。它具有响应快、实时性强、可靠性高等优点，在列车网络通信中得到广泛的应用。MVB满足IEC61375-1标准的要求，最大支持4095个设备，传输介质为屏蔽双绞线或者光纤，屏蔽电缆最大长度为200m，工作速率为1.5Mb/s。

MVB通信网络中的设备分为0～5类共6种类型。其中0类设备不具备数据通信能力，主要包括中继器和耦合器等；1类设备具有过程数据性能和设备状态响应性能；2/3/4/5类设备除具有1类设备的性能外，还具有消息数据性能。其中4类和5类设备还具有总线管理能力，可以作为总线。

MVB总线使用两种帧作为通信：一种为主帧，它只由主设备发出；另一种为从帧，它由主帧轮询地址的源设备发出。有效的帧信号应是由一个起始分界符和帧头，接着是曼彻斯特编码数据符，最后由终止分解符结束。帧的主体都是以曼彻斯特编码的形式发送。

一个主帧应由以下组成：a/以主起始分界符开始；b/其后为16Bit帧数据；c/接着为8Bit校验序列，主帧组成如图1所示。

一个从帧由以下部分组成：a/以从起始分界符开始；b/接着为16、32、64、128或256Bit帧数据；c/在每64个数据位后包含一个8Bit的校验序列或当帧数据只有16或32时将一个8Bit的校验序列附加其后，从帧组成如图2所示。

MVB总线通信数据可以分为两种：过程变量数据和消息变量数据。过程变量数据反映的是列车的状态信息。它的通讯数据的传输必须是短的、确定性和周期性的，以满足列车控制的实时性的要求。比如控制指令、牵引指令等。消息变量数据反映的是出现频率低的且相对较长的通讯信息，它的数据长度从几个字节到几千个字节不等，这种实时性要求不是很高的性质让MVB总线在需要的时候才发送消息数据。比如故障数据、事件记录数据等。

MVB通信网络上的主设备定期从TM中读取主帧并发送主帧，而地址相关的从设备源响应主帧，并读取相应的数据后发送从帧，地址相关的从设备则接收从帧，这是一次基本的通信过程。从设备的数据是由主设备控制，当出现通信中断时，从设备的数据会维持中断前的数据不变。

多功能车辆总线的核心技术是其总线控制器——多功能车辆总线控制器（MVBC）有两种实现方式：专用的MVB控制芯片或基于FPGA/CPLD进行开发的IP核。MVBC主要完成数据链路层功能，它会接收MVB通信网络上的控制数据，经过解码分析后发送到对外输出通道；也可以采集输入通道的数据，将采集到的数据打包编码后传输给MVB通信网络。

MVB通信接口分为两种监控方式，分别如图3（外部处理器接口形式）和图4（不带处理器的接口形式）所示。MVB总线控制装置从功能上可以分为三个大的部分：MVBC控制器单元、MVB通信中断监视控制单元（内含MVB通信寄存器）、外部处理器单元（可选）、输出单元。

MVBC主要完成数据链路层及传输层的数据处理，是MVB通信网络中不可缺少的核心单元。MVBC控制器可以通过专用的控制器或者基于FPGA/CPLD的IP核来实现，MVBC控制器将MVB网络上串行传输的数据信号转换成并行的数据，外部处理器或MVBC控制器可以根据解码出来的控制数据来控制输出单元；同理当需要向其他MVB设备发送数据时，由MVBC采集输入通道的数据，添加帧头、校验位和帧尾后有序的发送到MVB通信网络。MVB通信中断监控单元的对外接口可以根据外部硬件选择是带处理器还是不带处理器的两种不同接口形式。

外部处理器单元完成MVB控制装置的整个数据流向的控制。它与MVBC控制器通过本地并行总线连接，它将MVBC通信传送过来的数据进行处理转换后发送到数字量或者模拟量输出单元上；同时也可以把数字量或者模拟量装置采集到的信号发送给MVBC控制器，经过MVBC控制器编码转换后发送到MVB通信网络上。