CN104468301A - 一种基于mvb通信的安全输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MVB通信的安全输出方法，选择带外部处理器接口的形式，且当MVB通信中主帧中断的时间大于t1或者轮询指定设备地址端口的帧中断时间大于t2时，则往MVB通信寄存器内部写入特定数值；如果通信正常，则写入另一特定数值。外部处理器可以通过MVB通信寄存器的数值来判断MVB通信是否正常，若通信正常时，则根据网络输入数据控制输出单元；若通信异常时，则马上关断输出单元，确保列车的安全可控。本发明方法既对所有主帧进行监视，又对轮询的指定设备地址的帧进行监视，如果MVB总线控制装置由于某种原因没有发出特定设备地址的主帧时，那么对应该设备也就不会接收到包含指定设备地址的帧，经过特定时间后它会关断输出，确保设备的安全可控。

Description

一种基于MVB通信的安全输出方法

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。

输出单元包括多路数字量或模拟量输出单元，它起到连接MVBC控制器与列车第三方设备中间桥梁的作用。输出单元会将MVBC发送过来的通信控制数据经过隔离转换后输出到第三方设备。

目前专用的MVBC控制芯片只会对MVB总线上的主帧信号进行监控，当特定时间内没有监听到MVB总线的主帧时，则会产生相应的中断。外部处理器通过调用中断服务程序，读取相应的中断寄存器来判断总线是否存在超时。若MVB总线中断出现超时，再由应用软件去关断输出单元。这种方式最大的不足在于软件处理会额外占用外部处理器的资源，且中断处理和应用程序响应的时间会很长，输出单元会长时间处于不可控状态。并且MVB通信主帧中断监控时间是由芯片内部固定，无法进行随机设置。基于FPGA/CPLDA进行开发的MVB总线控制装置没有MVB通信中断后安全输出保护的功能，如果MVB通信网络存在丢帧或通信异常的情况，那么MVB的总线控制装置还会保持MVB通信数据丢失之前的控制状态，输出单元还会保持输出，这样就会导致列车处于一种不稳定的状态，存在很大的风险隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种基于MVB通信的安全输出方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于MVB通信的安全输出方法，包括以下步骤：

1）MVB总线控制装置检测MVB通信总线上的MVB通信帧；

2）若MVB通信帧中的MVB通信主帧正常，或通信中断后再次检测到MVB通信主帧，则MVB总线控制装置根据输入数据控制输出通道；若t1时间内没有检测到任何MVB通信主帧，或者t2时间内没有检测到轮询指定设备的地址端口的MVB通信帧，则当MVB总线控制装置带有外部处理器时，进入步骤3），当MVB总线控制装置不带外部处理器时，进入步骤5）；所述指定设备为与MVB总线控制装置通信的所有设备中的一个；

3）MVB总线控制装置将MVB通信寄存器的值修改为非正常值；

4）外部处理器根据MVB通信寄存器内的非正常值判断MVB通信异常；

5）MVB总线控制装置关断外部输出通道。

本发明中，t1=1～5s，t2=2～6s，更好地监控通信帧类型，进一步确保列车安全可控。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在深入研究MVB通信机制的基础上，提出对MVB通信的不同帧类型分别进行监控来判断MVB通信是否处于正常。如果通信不正常，迅速关断输出通道；如果通信正常，则维持输出单元的正常输出，确保整个控制系统的安全可靠；本发明响应时间快，由于采用基于可编程逻辑器件的方式来实现，当出现通信中断时，可以马上关断输出单元，响应迅速，且不会额外占用外部处理器的资源；可以针对不同通信帧类型进行监控，当MVB通信中主帧中断的时间大于t1或者轮询指定设备地址端口的帧中断时间大于t2时则关断输出单元，确保列车安全可控；监控时间灵活可调：MVB通信中断的监控时间可以根据实际应用需要进行调整。t1和t2监控时间可以根据实际应用情况进行灵活设置；输出控制可恢复，当列车网络通信由中断恢复正常之后，能在MVB总线控制装置不断电重启的情况下继续根据网络输入数据控制输出单元；本发明方法对所有主帧进行监视，或者对轮询的指定设备地址的帧进行监视，如果MVB总线控制装置由于某种原因没有发出指定设备地址的主帧时，那么对应该设备也就不会接收到包含指定设备地址的帧，经过特定时间后它会关断输出，确保设备的安全可控。

附图说明

图1为MVB通信主帧的组成结构；

图2为MVB通信从帧的组成结构；

图3为带外部处理器的MVB总线控制装置；

图4为不带外部处理器的MVB总线控制装置；

图5为本发明带处理器输出单元的控制流程图；

图6为本发明不带处理器的输出单元控制流程图；

图7为MVB总线控制模块与其余设备通信示意图。

具体实施方式

如图5所示，如果选择带外部处理器接口的形式，那么MVB通信中断监控单元的对外接口会包括控制信号、地址信号和数据信号，这些信号用于与外部处理器的通信。本发明中当MVB通信中主帧中断的时间大于t1（例如1～5s）或者轮询指定设备地址端口的帧（指定设备地址的主帧和从帧）中断时间大于t2(例如2～6s)时，则往MVB通信寄存器内部写入特定数值；如果通信正常，则写入另一特定数值（与通信异常时的特定数值不一致）。外部处理器可以通过MVB通信寄存器的数值来判断MVB通信是否正常，若通信正常时，则根据网络输入数据控制输出单元；若通信异常时，则马上关断输出单元，确保列车的安全可控。其中t1和t2的通信中断时间可以根据实际应用需求来调整，灵活性高。

如图6所示，如果选择不带处理器的接口形式，那么MVB通信中断监控单元会根据网络控制数据直接控制输出通道。本发明中当MVB通信中主帧中断的时间大于t1或者轮询指定设备地址端口的帧中断时间大于t2时，MVB通信中断监控单元会直接关断输出单元；若通信正常时，会根据输入数据控制输出通道。t1和t2的通信中断时间可以根据实际应用需求来调整，灵活性高。

MVB总线控制模块负责与整个网络上的其他设备（设备1、2、3、4）进行通信，不同的设备对应的设备地址不一样，它们采用MVB帧来进行通信。以设备2输出保护为例来说明（本实施例中，设备2即为指定设备），MVB IP核会检测MVB通信线路上的所有帧（包括轮询自身的帧），当由于主控设备或线路原因，没有检测到任一主帧或者检测的帧里面没有包含轮询设备2地址的帧时就会通知MVB通信监视单元关断输出单元，如图7所示。

Claims (3)

1.一种基于MVB通信的安全输出方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）MVB总线控制装置检测MVB通信总线上的MVB通信帧；

2）若MVB通信帧中的MVB通信主帧正常，或通信中断后再次检测到MVB通信主帧，则MVB总线控制装置根据输入数据控制输出通道；若t1时间内没有检测到任何MVB通信主帧，或者t2时间内没有检测到轮询指定设备的地址端口的MVB通信帧，则当MVB总线控制装置带有外部处理器时，进入步骤3），当MVB总线控制装置不带外部处理器时，进入步骤5）；所述指定设备为与MVB总线控制装置通信的所有设备中的一个；

3）MVB总线控制装置将MVB通信寄存器的值修改为非正常值；

4）外部处理器根据MVB通信寄存器内的非正常值判断MVB通信异常；

5）MVB总线控制装置关断外部输出通道。

2.根据权利要求1所述的基于MVB通信的安全输出方法，其特征在于，t1=1～5s。

3.根据权利要求1或2所述的基于MVB通信的安全输出方法，其特征在于，t2=2～6s。