基于SOPC的車(chē)輛息線(xiàn)控制器設計方案

引 言

　　基于分布式控制的MVB(多功能車(chē)輛總線(xiàn))是IEC61375-l(1999)TCN(列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )國際標準)的推薦方案，它與WTB(絞線(xiàn)式列車(chē)總線(xiàn))構成的列車(chē)通信總線(xiàn)具有實(shí)時(shí)性強、可靠性高的特點(diǎn)。MVB作為快速的過(guò)程控制優(yōu)化的總線(xiàn)，能提供最佳的響應速度.是主要用于有互操作性和互換性要求的互聯(lián)設備之間的串行數據通信總線(xiàn)，適合用作車(chē)輛總線(xiàn)，對于固定編組的列車(chē)，MVB也可以用作列車(chē)總線(xiàn)，如圖1所示。

　　隨著(zhù)系統集成技術(shù)的不斷成熟，出現了一種新興的產(chǎn)業(yè)，即IP(Intellcctual Property，知識產(chǎn)權)產(chǎn)品及模塊化設計。在集成電路設計中，IP特指可以通過(guò)知識產(chǎn)權貿易，在各設計公司間流通的實(shí)現特定功能的電路模塊。IP核的奉質(zhì)特征是可鶯用性，通常滿(mǎn)足良好的通用性、可移植性及絕對正確3個(gè)基本特征，是未來(lái)SOPC(System OnProgrammable Chit))設計的核心。要使SOPC設計成功，就要更多地采用知識產(chǎn)權(IP)復用，以快速地完成設計，得到價(jià)格低廉的硅器件，從而滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

　　筆者對國外傳統MVB通信控制器芯片MVBC以及MVB底層通信協(xié)議進(jìn)行了深入的研究，在此基礎上設計了自主知識產(chǎn)權的MVB總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)IP核，并利用SOPC技術(shù)設計了MVB控制器。

　　1 MVBC介紹

　　MVBC(多功能車(chē)輛總線(xiàn)控制器)是MVB總線(xiàn)上的新一代核心處理器。它獨立于物理層和功能設備，為總線(xiàn)上的各個(gè)設備提供通信接口和通信服務(wù)。MVBC與上一代MVB通信控制器BAP15-2/3相比，在性能上有了很大的提高，是目前MVH總線(xiàn)上最先進(jìn)的通信控制器。MVBC內部結構如圖2所示。

　　MVBC用于將來(lái)自MVB總線(xiàn)的串行位信號轉換為并行的數據字節，把需發(fā)送的字節交由串行化電路發(fā)送到傳輸介質(zhì)上，實(shí)現數據鏈路層以及部分傳輸層的數據處理，并通過(guò)通信存儲器與上層軟件交互?？偩€(xiàn)控制器內部包含編解碼電路和控制通信存儲器所需的邏輯電路，用來(lái)控制幀的發(fā)送和接收(如沖突檢測、幀的前導比特處理和CRC校驗位的處理等)。

　　2 MVB總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)IP核的實(shí)現

　　總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)IP核用于代替現有MVB網(wǎng)卡的MVBC芯片實(shí)現應用的功能，由此IP核結合物理層的總線(xiàn)收發(fā)器完成總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)?？偩€(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)IP核可分為物理層、數據鏈路層和與應用層的接口3部分。

　?、傥锢韺樱簩?shí)現基帶曼徹斯特Biphase-L編解碼，介質(zhì)冗余處理，介質(zhì)安裝單元接口，以及用于輸入解碼的數字鎖相環(huán)的設計。

　?、跀祿溌穼樱喊▽ぶ贩绞?，F-code(功能代碼)的生成，主從設備幀內容的填充以及介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)等。

　?、叟c應用層的接口：通常采用共享存儲器的方法，需要完成端口的定義與維護、通信存儲器的控制等，其邏輯框圖如圖3所示。

　　2.1 MVB幀結構

　　在MVB中有兩種幀格式：一種是只能由總線(xiàn)主設備發(fā)送的主設備幀，簡(jiǎn)稱(chēng)“主幀”;另一種是為響應主幀而由從設備發(fā)送的從設備幀，簡(jiǎn)稱(chēng)“從幀”。一個(gè)幀以9位定界符開(kāi)始，主設備幀分界符和從設備幀分界符對于防止同步失敗是不相同的。圖4為MVB主從幀結構圖。

　　2.2 MVB幀發(fā)送器

　　MVB總線(xiàn)數據以幀為基本單位，數據幀采用了曼徹斯特碼傳輸。編碼器和解碼器不只是進(jìn)行曼徹斯特編解碼，幀頭幀尾的特殊編解碼也需要在這里進(jìn)行，采用傳統的曼徹斯特編解碼器將無(wú)法完成此項工作。在本設計中，采用結合收發(fā)器的狀態(tài)機具體狀態(tài)進(jìn)行編解碼設訃的方法解決這一問(wèn)題。MVB幀發(fā)送器通過(guò)控制邏輯模塊，調用曼徹斯特編碼與CRC校驗模塊，通信存儲單元模塊完成緩沖區數據的發(fā)送。

　　下面說(shuō)明發(fā)送器的狀態(tài)機FSM(Finite State Machine)的設計。發(fā)送器的一項主要功能是實(shí)現并串轉換和組幀。MVB總線(xiàn)數據在收到發(fā)送置位信號后開(kāi)始進(jìn)行數據發(fā)送;當數據存入通信存儲單元后，等待控制邏輯模塊的置位信號;然后進(jìn)入幀的發(fā)送狀態(tài)，通過(guò)時(shí)鐘信號的觸發(fā)完成各個(gè)狀態(tài)之問(wèn)的轉移，實(shí)現一組有效的幀數據發(fā)送。發(fā)送器的狀態(tài)機FSM如圖5所示。