基于A(yíng)RM7的網(wǎng)關(guān)通信模塊研制

　　MVB多功能車(chē)輛總線(xiàn)是在國際標準IEC61375列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )(TCN)中被詳細定義的一種現場(chǎng)總線(xiàn)，按照TCN標準，列車(chē)通信網(wǎng)分為兩級，第一級絞線(xiàn)式列車(chē)總線(xiàn)實(shí)現車(chē)輛間的數據通信，第二級多功能車(chē)輛總線(xiàn)MVB主實(shí)現同車(chē)輛內各個(gè)功能控制單元之間的數據通信。MVB以其高實(shí)時(shí)性、高可靠性及可管理性等多方面的優(yōu)勢而廣泛應用在列車(chē)總線(xiàn)控制當中。但是由于MVB是專(zhuān)門(mén)針對列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )而開(kāi)發(fā)的，其實(shí)用范圍、供貨商、經(jīng)濟型均不如CAN總線(xiàn)。CAN總線(xiàn)作為現場(chǎng)設備級的通信總線(xiàn)具有很高的可靠性和性?xún)r(jià)比。目前很多機車(chē)車(chē)輛的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò )系統都采用MVB總線(xiàn)和CAN總線(xiàn)共同組成的異構網(wǎng)絡(luò )。因此，本文提出了一種基于μC/OS-Ⅱ的ARM7內核芯片LPC2294的MVB-CAN雙向通信模塊。

　　1 MVB多功能車(chē)輛總線(xiàn)

　　MVB是國際標準IEC61375-1的車(chē)輛總線(xiàn)部分，它主要用于具有互操作性和互換性要求的互聯(lián)設備之間通信的串行數據總線(xiàn)。MVB采用主幀/從幀應答方式，可以實(shí)現設備和介質(zhì)冗余，實(shí)時(shí)性靠RTP實(shí)時(shí)協(xié)議保證。MVB介質(zhì)分為3種：電氣短距離介質(zhì)為RS 485差分傳輸導線(xiàn)對，傳輸距離為20 m;電氣中距離介質(zhì)為雙絞屏蔽線(xiàn)，傳輸距離為200 m;電氣長(cháng)距離介質(zhì)為光纖，傳輸距離為2 km。

　　MVB作為主從方式的串行通訊總線(xiàn)，是可以實(shí)現過(guò)程控制優(yōu)化的總線(xiàn)。MVB具有良好的實(shí)時(shí)響應，一般用作車(chē)輛內部設備之問(wèn)的數據通信，其采用曼徹斯特編碼方式，數據傳輸速率為1.5 MHz。MVB多功能車(chē)輛總線(xiàn)主要由通信介質(zhì)、MVBC協(xié)議控制器和MVB鏈路軟件3部分構成。

　　MVB具有2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?？偩€(xiàn)主設備在每一個(gè)特征周期里通過(guò)發(fā)主幀的方式對進(jìn)程數據進(jìn)行輪詢(xún)，相應地從設備發(fā)送從幀進(jìn)行真正的數據傳輸。報文由主幀和響應此主幀而送出的從幀組成。一個(gè)主幀應以主起始分界符開(kāi)始，其后為16 b幀數據，接著(zhù)為8 b校驗序列。

　　一個(gè)從幀應以從起始分界符開(kāi)始;接著(zhù)為(16，32，64，128或256)b幀數據，在每64個(gè)數據位包含一個(gè)8 b的校驗序列，當幀數據只有16 b或32 b時(shí)將一個(gè)8 b的校驗序列附加其后。

　　2 CAN總線(xiàn)

　　控制器局域網(wǎng)(Conteoller Area Network，CAN)是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一，最早由德國B(niǎo)OSCH公司推出，是一種用于汽車(chē)內部測量與執行部件之間的數據通信協(xié)議，CAN總線(xiàn)作為一種技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，功能完善，成本合理的遠程網(wǎng)絡(luò )通信控制技術(shù)，CAN總線(xiàn)已被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域。它為分布式控制系統實(shí)現各功能節點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數據通信提供強有力的技術(shù)支持。其報文結構可以分為2種不同的幀格式，兩種幀格式的不同之處為標識符的長(cháng)度不同：具有11位標識符的幀稱(chēng)為標準幀，具有29位標識符的幀稱(chēng)為擴展幀。本設計中主要考慮標準幀的情況。標準幀的報文由4種不同類(lèi)型的幀構成表示：數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。以數據幀為例：數據幀由7個(gè)不同部分構成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數據場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應答場(chǎng)和幀結束。

　　3 通信網(wǎng)關(guān)模塊硬件設計

　　網(wǎng)關(guān)模塊的硬件框圖如1所示。

　　處理器采用基于ARM7的LPC2294。LPC2294是一款基于16 b/32 b ARM7TDMI-S內核，內帶16 KB RAM和256 KB高速FLASH的微處理器，最大時(shí)鐘速率60 MHz。內帶2路CAN通道，其CAN控制器集成了數據鏈路層功能，符合CAN2.0A和CAN2.0B的規范。

　　CAN收發(fā)器采用Philips PCA82C250。主要提供對總線(xiàn)的差分發(fā)送能力和對CAN控制器的差動(dòng)分接收能力。微處理器對CAN控制器進(jìn)行相應配置后，收發(fā)器自動(dòng)完成相應的CAN總線(xiàn)動(dòng)作。

　　MVB通信控制器采用MVBC02專(zhuān)用芯片，它采用16 b數據總線(xiàn)，提供了豐富的接口控制信號，簡(jiǎn)化了與各種宿主CPU以及通信存儲器的接口設計，支持MVB協(xié)議中鏈路層及物理層的功能。MVB物理層接口采用電氣短距離介質(zhì)ESD+接口，系統信號通道使用光耦實(shí)現主系統與外界的電隔離，從而提高了系統的可靠性。使用RS 485芯片LTC1485I作為收發(fā)器，并使用過(guò)壓保護模塊以防止瞬間過(guò)壓對器件造成損壞。MVB物理層接口電路如圖2所示。