專利名稱：一種多功能車廂總線設備及微處理器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電氣自動化技術領域，特別涉及一種多功能車廂總線設備及^敖 處理器。
背景技術：
目前國際上影響最大的鐵路行業標準總線是正C61375標準所規定的列車 通信網(TCN, Train Communication Network)。符合正C61375標準的TCN產 品特別是多功能車廂總線(MVB, Multifunction Vehicle Bus )在中國鐵路行業 的應用越來越廣泛。
MVB4類設備可以實現過程數據和消息數據的通訊，具有完全的MVB主站 功能。過程數據是正C61375標準中規定的周期收發的數據，主要用來傳輸一些 實時性較高的參數。例如積分曲線要求的參數等。消息數據是IEC61375標準中 規定的偶發性的數據，用來傳輸較大容量和實時性比過程數據低的一些參數， 例如故障數據等。由于MVB4類設備的上述特點，MVB4類設備需要采用多種 中斷。
例如主站發出主幀后一段時間內未收到從幀的應答，則產生從幀應答超時 中斷(RTI， Reply Timeout Interrupt)。某設備在1.3毫秒內未收到主幀，則產 生總線超時中斷(BTI， Bus Timeout Interrupt)。每收到OxFFFF個通訊幀，則 產生一個幀計數中斷(FEV, Frames Evaluated Interrupt)、發送隊列異常中斷 (XQE， Transmit Queue Exception)和接收隊列異常中斷(RQE, Receive Queue Exception)。還包括某個通訊端口綁定的數據傳輸中斷等。這樣會帶來兩方面 的問題 一是太多的中斷使CPU頻繁地執行入棧出棧，極大影響CPU的工作效 率；二是有的中斷需要較長的處理時間，這將影響CPU處理任務的實時性。
為了解決上述問題，目前有兩種解決方案， 一種是雙CPU; —種是單CPU, 外加其他模塊。下面首先介紹雙CPU的方案。 一個CPU專門用來處理中斷；另 一個CPU專門用來處理MVB通訊。但是雙CPU的硬件體系龐大，設計起來比 較麻煩。由于列車個體狹長，空間緊湊，所以體積龐大的MVB設備不利于在
機車車廂安裝。由于兩個CPU之間需要傳輸數據，這樣致使軟件程序結構復雜。
因此，這種雙CPU的MVB設備不利于擴展應用。
單CPU的MVB設備，需要配合其他模塊才能實現控制功能。CPU主要處 理MVB通訊。其他模塊例如數據采集模塊，用于采集數字量、模擬量。多 串口通訊模塊，用于與列車上其它具有RS485接口 、 CAN總線接口或 LONWORK總線接口的設備進行數據交換。數字量和模擬量輸出模塊，用于直 接控制現場設備如開關、繼電器等，實現控制功能。這種單CPU外加功能模塊 的MVB設備的體積較大，不易應用在空間緊湊的汽車或列車上。

發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種多功能車廂總線設備及微處理器，所述 設備的體積d、，能夠方便安裝于空間緊湊的汽車或列車上。
本發明提供一種多功能車廂總線設備，包括微處理器，以及與所述微處理 器連接的存儲器、多功能車廂總線子系統、電源電路及復位電路，所述微處理 器包括一個主中央處理單元和一個增強型時間處理器；所述主中央處理單元， 用于響應中斷和運行列車通信網協議棧；所述增強型時間處理器，用于控制列 車運行。
優選地，所述多功能車廂總線設備還包括與所述微處理器連接的可編程邏 輯器件，所述可編程邏輯器件用于將所述微處理器的控制信號、地址信號進行 時序調整后傳遞至所述多功能車廂總線子系統。
優選地，所述存儲器包括同步動態隨機存儲器、非易失性隨機訪問存儲器 和Flash;
所述同步動態隨機存儲器，用于作為程序的運行空間； 所述非易失性隨才幾訪問存儲器，用于暫存程序； 所述Flash,用于存儲程序。
優選地，所述電源電路包括5V電源，用于為多功能車廂總線系統供電。 優選地，所述電源電路還包括開關電源，用于將5V電源轉換為3.3V電
源；所述3.3V電源，用于為微處理器的IO 口以及CPU外圍設備供電。
優選地，所述電源電路還包括線性電源，用于將3.3V電源轉換為1.5V電
源；所述1.5V電源，用于為微處理器的內核供電。
優選地，所述多功能車廂總線設備還包括第一指示燈和第二指示燈，分別
用于指示所述5V電源和3.3V電源是否接通。
優選地，所述多功能車廂總線設備還包括第三指示燈，用于指示所述微處 理器工作是否正常。
優選地，所述多功能車廂總線設備還包括第四指示燈、第五指示燈和/或
第六指示燈；
所述第四指示燈，用于指示多功能車廂總線站的工作狀態； 所述第五指示燈，用于指示多功能車廂總線控制器工作是否正常； 所述第六指示燈，用于指示多功能車廂總線通訊的質量。 優選地，所述微處理器還包括通用異步串行通信接口 ，用于進行程序調試。 優選地，所述微處理器還包括以太網控制器，用于控制以太網收發器。 本發明還提供了一種微處理器，所述微處理器包括一個主中央處理單元和
一個增強型時間處理器；所述主中央處理單元，用于響應中斷和運行列車通信
網協議棧；所述增強型時間處理器，用于控制列車運行。 與現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明提供一種多功能車廂總線設備及微處理器，所述i更備包括4效處理器 及其外圍設備。所述微處理器包括主中央處理單元和增強型時間處理器。所述 主中央處理單元，用于響應中斷和運行列車通信網協議棧。所述增強型時間處 理器，控制脈沖寬度調制、步進電機、油嘴噴油及打火。所述增強型時間處理 器用于實現與時間參數密切相關的功能。這樣所述主中央處理單元可以解放出 來專門處理中斷，進而提高整個微處理器的工作效率。由于本發明所述微處理 器集成了中央處理單元和增強型時間處理器，所以本發明提供的多功能車廂總 線設備體積小，便于安裝應用。


圖1是基于本發明多功能車廂總線設備第一實施例結構圖； 圖2是基于本發明所述多功能車廂總線子系統結構圖； 圖3是基于本發明多功能車廂總線設備的電源電路原理圖； 圖4是基于本發明多功能車廂總線設備第二實施例結構圖； 圖5是基于本發明所述指示燈陣列示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對 本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
參見圖1，該圖為基于本發明多功能車廂總線設備第一實施例結構圖。
本發明所述多功能車廂總線設備包括主中央處理單元101、增強型時間處 理器102 (ETPU， Enhanced Time Processor)、存儲器103、 MVB子系統104、 電源電路105和復位電路106。
需要說明的是，本發明所述多功能車廂總線設備包括的微處理器包括所述 主中央處理單元101與所述ETPU102。
所述主中央處理單元101,用于處理中斷以及運行TCN協議棧等。 所述ETPU102,用于控制脈沖寬度調制、步進電機、油嘴噴油及打火。 例如，本發明所述設備通過所述MVB子系統104接收來自司機室主控屏的加 速信號，在所述ETPU102單元中進行數據運算，通過ETPU102輸出滿足控制 要求的脈寬調制信號，控制電機按設定曲線進行加速。
本發明優選飛思卡爾coldfire系列的MCF5235的孩i處理器。MCF5235包 括一個主CPU和一個ETPU。所述ETPU處理一些與時間密切相關的參數， 例如PWM調制、脈沖、步進電機控制和頻率測量等等。
需要說明的是，本發明所述微處理器可以根據需要選擇其他型號，只要可 以完成本發明所述的功能即可。
所述存儲器103,用于存儲系統運行時的程序和數據。 所述MVB子系統104,用于完成列車通訊網絡通訊。 所述電源電路105，用于為整個多功能車廂總線設備提供工作電源。 所述復位電路106,用于為微處理器提供復位。
本發明所述多功能車廂總線設備，釆用先進的微處理器，所述微處理器 包括主CPU101和ETPU102。由于所述ETPU102專門用于處理與時間參數密 切相關的參數，因此所述主CPU101可以解放出來專門處理中斷，這樣大大提 高了主CPU101的工作效率。而且所述主CPU101與所述ETPU102集成在一 個微處理器上，功能強大，體積小，整體減少了所述多功能車廂總線設備的體 積，便于安裝應用。
下面結合附圖詳細說明本發明所述多功能車廂總線子系統。 參見圖2,該圖為本發明所述多功能車廂總線子系統結構圖。 所述多功能車廂總線子系統包括多功能車廂總線緩沖器、存儲器和控制
器。所述緩沖器與所述孩t處理器連接；所述存儲器與所述緩沖器連接；所述控 制器與所述存儲器連接。
主CPU101控制MVBC104a的讀寫信號及片選，如圖2所示的控制總線。 主CPU101的地址總線通過MVB地址緩沖器104b連接所述MVBC104a。主 CPU101的數據總線通過MVB數據緩沖器104c連接MVB通訊存儲器104d。 MVBC104a的MVB總線接口 104e連接外部MVB節點。需要說明的是，所 述MVB的總線沖妻口 104e可以連4妻兩個以上MVB節點。
所述MVBC104a主要完成正C61375-1標準的物理層和鏈路層，對數字 信號進行編碼、解碼、冗余和校驗，與協議棧結合可以實現過程數據通訊、消 息凄t據通訊、事件輪詢、設備狀態輪詢、主權轉移、總線管理等等功能等。 下面結合附圖詳細說明本發明所述多功能車廂總線設備的電源電路。 參見圖3,該圖為基于本發明多功能車廂總線設備的電源電路原理圖。 本發明所述多功能車廂總線設備的板級電源使用三種電源，分別是5V、 3.3V和1.5V。
第一 DC/DC301將110V電壓轉換為5V直流電壓。第二 DC/DC302將所 述5V直流電壓轉換為3.3V直流電壓。線性電源(LDO， Low Dropout Regulator) 303將所述3.3V轉換為1.5V直流電壓。
需要說明的是，本發明所述第二 DC/DC302優選開關電源，開關電源可 以提高電源效率。所述開關電源具體可以選擇開關電源LM2853來實現。當然 也可以根據實際需要選擇其他型號的開關電源，將5V直流電壓轉換為3.3V 直流電壓。
本發明所述線性電源303優選線性電源，線性電源可以提高微處理器內 核電壓的穩定性。所述線性電源具體可以選擇LP3882來實現。當然也可以根 據需要選擇其他型號的線性電源，將3.3V直流電壓轉換為1.5V直流電壓。 需要說明的是，本發明所述5V直流電壓為所述MVB子系統104供電。 所述3.3V直流電壓為所述微處理器的IO 口以及微處理器的外圍設備供
電。例如為存儲器、以太網物理層芯片(PHY， Physical Layer)、微處理器的
地址、數據和控制總線的緩沖器等供電。
所述1.5V直流電壓為所述微處理器的內核提供電源。
參見圖4,該圖為基于本發明多功能車廂總線設備第二實施例結構圖。
本發明多功能車廂總線設備第二實施例與第 一 實施例的區別是增加了 可
編程邏輯器件(CPLD， Complex Programmable Logic Device)107、以太網控制
器108、以太網收發器109、通用異步串行收發器接口 (UART, Universal
Asynchronous Receiver/Transmitter) 110、 RS232接口 111和指示燈陣列112。 所述CPLD107，用于將CPU的控制信號和地址信號進行時序調整后傳遞
至所述MVBC104，以滿足二者的時序匹配。
所述微處理器內嵌以太網控制器108，因此本發明所述設備只需要外加以
太網收發器109。
外為了防止所述以太網收發器109受到外部沖擊，在以太網入口處增加 SLVU2.8作為防浪涌保護器件。
所述以太網收發器109可以直接連接外部網絡，從而實現多功能車廂總線 設備與外部網絡通訊。
所述微處理器內嵌UART110。所述UART110連接所述RS232接口 111。 所述RS232接口 111,用于將主CPU101的電平轉換為232電平。本發明所述 RS232接口 111優選MAX202 。
本發明所述RS232接口主要作為串口，用來調試程序。
另外為了防止所述MAX202收到外部沖擊，在所述MAX202入口處連接 PSOT15C作為防浪涌保護器件。
下面結合附圖5詳細說明所述指示燈陣列112。
參見圖5，該圖為基于本發明所述指示燈陣列示意圖。
所述指示燈陣列112包括8個指示燈。其中2個指示燈用于預留給客戶應 用程序使用。
第一指示燈112a和第二指示燈112b，分別用于指示所述5V和3.3V電源 是否接通。
當電源接通時，所述指示燈亮；當電源未接通時，所述指示燈滅。 第三指示燈112c,用于指示所述微處理器工作是否正常。 當微處理器工作正常時，所述第三指示燈112c滅；當微處理器工作故障
時，所述第三指示燈112c亮。
第四指示燈112d、第五指示燈112e和第六指示燈112f用于指示多功能車
廂總線控制器的工作狀態。
第四指示燈U2d，用于指示MVB站的工作狀態。
例如，當所述第四指示燈112d常亮時，表明MVB工作于主站狀態。當 所述第四指示燈112d常滅時，表明MVB工作于從站狀態。當所述第四指示 燈112d閃爍時，表明MVB作為主站備份冗余時，切換主站的工作狀態。
第五指示燈112e常亮表示MVBC芯片工作正常，常滅表示MVBC芯片 工作異常。
第六指示燈112f，用于指示MVB總線通訊的質量。
第六指示燈112f常滅表示MVBC通訊質量良好，閃爍表示4妄收到4晉幀， 閃爍的速度與該時段的錯幀率成正比。
例如，當第六指示燈112f不亮時，表明MVB總線上通訊良好，傳輸的數 據沒有錯幀。當第六指示燈112f閃爍的速度慢時，表明MVB總線上通訊出現 故障，但傳輸的數據中有較少的錯幀。當第六指示燈112f閃爍的速度快時， 表明MVB總線上通訊出現故障，但傳輸的數據中有很多錯幀。
第七指示燈112g和第八指示燈112h用于本發明多功能車廂總線i殳備中除 了 MVB子系統以外的外設的硬件自檢。例如微處理器ls內自檢一次其外設 的工作狀態，當檢測到有的外設出現故障時，第七指示燈或第八指示燈亮，提 示設備出現故障。
需要說明的是，所述指示燈陣列112可以根據實際需要添加或減少指示燈 的個數。
需要說明的是，本發明實施例所述多功能車廂總線設備包含的復位電路 106的復位信號同時傳輸給^t處理器和CPLD107。
所述復位電路106的復位主要有兩種情況。第一種是上電復位。第二種是 看門狗復位，即當微處理器或CPLD107工作出現故障時，外部看門狗得不到
10
周期性指令，從而復位微處理器和CPLD107。
需要說明的是，本發明所述多功能車廂總線設備的存儲器103包括同步動 態隨機存儲器(SDRAM, Synchronous Dynamic Random Access Memory )、 非 易失性隨機訪問存儲器(NVRAM， Non-Volatile Random Access Memory)和 Flash 。
所述SDRAM，用于作為程序的運行空間。 所述NVRAM,用于暫存程序。
所述NVRAM暫存將要寫到FLASH種的數據。因為FLASH的壽命有限， 不能太頻繁的寫入。因此將要寫入的數據先寫到NVRAM中，例如可以累積 到4K字節再一次性寫入Flash,不用逐個字節的寫入Flash。
所述Flash,用于存儲程序。
本發明實施例所述多功能車廂總線設備，所述設備包括指示燈陣列112。 通過所述指示燈陣列112可以直觀知悉設備的工作狀態，當設備運行出現故障 時，用戶便于及時做出反應。本發明所述微處理器內嵌以太網控制器108,可 以通過外擴以太網收發器與外部網絡進行通信。由于本發明所述微處理器集成 了功能強大的外設資源，因此本發明所述多功能車廂總線設備可以集成在體積 很小的電路板上，便于安裝應用。
本發明還提供了一種微處理器，應用于所述MVB設備上，所述微處理器 包括一個主中央處理單元和一個增強型時間處理器；所述主中央處理單元，用 于響應中斷和運行列車通信網協議棧；所述增強型時間處理器，用于控制列車 運行。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的 限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。任何 熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述 揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改 為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本 發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬 于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1、一種多功能車廂總線設備，包括微處理器，以及與所述微處理器連接的存儲器、多功能車廂總線子系統、電源電路及復位電路，其特征在于，所述微處理器包括一個主中央處理單元和一個增強型時間處理器；所述主中央處理單元，用于響應中斷和運行列車通信網協議棧；所述增強型時間處理器，用于控制列車運行。
2、 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述多功能車廂總線設備 還包括與所述微處理器連接的可編程邏輯器件，所述可編程邏輯器件用于將所 述微處理器的控制信號、地址信號進行時序調整后傳遞至所述多功能車廂總線 子系統。
3、 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述存儲器包括同步動態 隨機存儲器、非易失性隨機訪問存儲器和Flash;所述同步動態隨才幾存儲器，用于作為程序的運行空間； 所述非易失性隨機訪問存儲器，用于暫存程序； 所述Flash,用于存儲程序。
4、 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述電源電路包括5V電 源，用于為多功能車廂總線系統供電。
5、 根據權利要求4所述的設備，其特征在于，所述電源電路還包括開關 電源，用于將5V電源轉換為3.3V電源；所述3.3V電源，用于為微處理器的 IO 口以及CPU外圍設備供電。
6、 根據權利要求5所述的設備，其特征在于，所述電源電路還包括線性 電源，用于將3.3V電源轉換為1.5V電源；所述1.5V電源，用于為微處理器 的內核供電。
7、 根據權利要求5所述的設備，其特征在于，所述多功能車廂總線設備 還包括第一指示燈和第二指示燈，分別用于指示所述5V電源和3.3V電源是否接通。
8、 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述多功能車廂總線設備 還包括第三指示燈，用于指示所述微處理器工作是否正常。
9、 根據權利要求7或8所述的設備，其特征在于，所述多功能車廂總線 設備還包括第四指示燈、第五指示燈和/或第六指示燈； 所述第四指示燈，用于指示多功能車廂總線站的工作狀態； 所述第五指示燈，用于指示多功能車廂總線控制器工作是否正常； 所述第六指示燈，用于指示多功能車廂總線通訊的質量。
10、 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述微處理器還包括通用 異步串行通信接口 ，用于進行程序調試。
11、 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述微處理器還包括以太 網控制器，用于控制以太網收發器。
12、 一種微處理器，其特征在于，所述微處理器包括一個主中央處理單元 和一個增強型時間處理器；所述主中央處理單元，用于響應中斷和運行列車通 信網協議棧；所述增強型時間處理器，用于控制列車運行。
全文摘要
本發明提供一種多功能車廂總線設備，包括微處理器，以及與所述微處理器連接的存儲器、多功能車廂總線子系統、電源電路及復位電路，所述微處理器包括一個主中央處理單元和一個增強型時間處理器；所述主中央處理單元，用于響應中斷和運行列車通信網協議棧；所述增強型時間處理器，用于控制列車運行。本發明還提供了一種微處理器，所述微處理器應用于所述多功能車廂總線設備上。由于本發明所述微處理器集成了中央處理單元和增強型時間處理器，所以本發明提供的多功能車廂總線設備體積小，便于安裝應用。
文檔編號B61L1/00GK101380959SQ20081017120
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月24日 優先權日2008年10月24日
發明者付如愿, 軍 劉, 易偉民, 林 羅, 肖家博 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司