基于SOPC的列车通信网卡的设计(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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校验序列按被其保护的16，32或64位数据的循环冗余校验(CRC)计算。校验序列按多项式计算，7位运算结果用一个偶校验位进行扩展。所有的8位数据取反发送。

通信存储单元模块

通信存储器(Traffic Store)作为MVB标准中的一个重要实现手段，是MVB接口网卡中的重要组成部分。通信存储器容量的大小依据具体应用而定。在MVB网络中通常所需要的通信存储器容量为32或64个端口即可，每个端口需要占用的空间最大为256位，这样通信存储器所需要的空间为8kbits或16kbits。开辟FPGA中的DRAM作为通信存储单元，完成数据交互功能。用来存储经由MVB总线传输的数据，是控制逻辑模块与编码校验单元之间的共享单元。控制逻辑模块依据通信存储模块端口地址的起始地址，以及其数据长度，来读取相应的过程数据和消息数据等。

Avolon总线接口设计

MVB总线处理IP核与NiosII的接口设计的实现是通过Traffic Store(共享RAM)来实现的。使用Quarters Ⅱ中的MegaWizard plug-in Manager工具来产生一个双口RAM模块，其设置如表1所示。

该通信存储器与Nios II处理器通过Avalon总线接口。

SOPC片上系统MVB网卡的实现

总线访问IP核与Nios II的系统集成

利用Quarters II的SOPC Builder工具我们集成了NiosII 软核处理器、4k的片内RAM、MVB总线访问IP核(包括编码器和解码器)以及LCD控制模块，构成了一个能实现MVB一类网卡功能的片上系统。

软件设计

基于以上所述的SOPC系统，我们设计了一个基本的MVB节点以实现过程数据传输。本节点将0x14地址设置为源端口，当主帧轮询0x14地址时，本节点将此端口里的数据打包成从帧发送到总线上面，以刷新0x14地址的宿端口。

altera_avalon_mvb.h的设计，包括总线访问IP核寄存器读写的宏定义。

#define IORD_ALTERA_AVALON_ MVB_SENDREG(base) IORD(base, 0)
#define IOWR_ALTERA_AVALON_ MVB_SENDREG(base, data) 　 IOWR(base, 0, data)

在主函数里置MVB总线接收允许位，循环等待接收MVB主控制器发过来的主帧。节点在接收到主帧之后，程序进入中断处理程序。在中断程序里提取接收到的主帧里的端口地址，并与自身预设的端口地址码进行比较，如果地址码相符，则节点将本端口的数据通过MVB发送器发到总线上，实现端口数据刷新操作。

仿真及实现

仿真波形
在本实验中，对实验室设计的MVB板卡进行了功能仿真和FPGA验证，通过对过程数据的发送与接收验证了所搭建的MVB系统。

实测波形
在编好程序后，再编译一遍QuartersII工程文件，将得到的．pof文件下载至FPGA内，上电后用示波器测输出管脚，便可观察到MVB帧波形。对照IEC-61375协议标准，可以判断出该波形为符合标准的正确波形，并且源端口节点上收到了正确的数据，从而证明该过程数据端口的成功刷新。

结语

目前国内的列车网络及控制技术是在技术引进的基础上发展起来的，国外厂商只愿提供产品而不转让关键技术。由于难以单独购买网络专用芯片等种种原因，目前仍是直接采用国外产品，或用国外(设计)的网卡(万元以上的高价)等进行系统集成，以此构成列车通信网络(即国产化)。本论文围绕MVB总线底层协议展开研究，基于SOPC设计思想，对利用FPGA实现IEC61375协议进行了尝试，初步完成了MVB网络I类板卡的设计。目前，对该网络协议的实现方面还仅限于初期阶段，只实现了MVB总线基本的过程数据的收发。该系统的后续还需加入消息监督数据等的通信。在实际的节点应用中，也可能出现各种各样的问题需要加以改进。

参考文献：
1. IEC61375-1-1999, Part 1：“Train Communication Network”
2. zur Bonsen, The Multifunction Vehicle Bus (MVB), Factory Communication Systems, 1995
3. Jaime Jim

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