采用NET+50和MVBC01芯片实现MVB 2类设备系统的设计

采用NET+50和MVBC01芯片实现MVB 2类设备系统的设计

1、引 言

2、 MVB 2类设备系统硬件设计

系统硬件各部分电路的功能和设计方法如下：

2.1 应用处理器模块

2.2 存储器模块

存储器模块为ARM处理器NET+50正常工作时提供所需的程序存贮空间，内存空间和数据存储空间。NET+50集成了内存控制器模块（Memory Controller Mod-ule），为存储设备提供无缝连接，系统通过配置内存控制器模块的控制寄存器和片选CS控制寄存器来实现访问相应存储器的信号和逻辑。

2.3 通信控制器模块

2.4 通信存储器模块

通信存储器分别通过数据线，地址线和ARM处理器以及MVBC01相连，从而实现数据交换和地址寻址，ARM处理器、MVBC01和通信存储器的连接示意图如图2所示。

MVBC01内部集成Traffic Memory Controller（TMC）模块，负责控制通信存储器的访问模式，TMC与仲裁控制器和逻辑地址密切相关。TMC模块负责控制3种存储器访问模式，分别是：ARM CPU访问通信存储器；ARM CPU访问MVBC内部寄存器；MVBC01访问通信存储器。TMC模块还对ARM处理器和MVBC同时访问通信存储器所产生的访问冲突做出仲裁。

2.5 MVB物理层接口电路模块

图3所示的MVBC端口ICA（MVB Input Data Chan-nel A）和ICB（MVB Input Data Channel B）分别为MVB输入数据通道A和输入数据通道B，来自物理层收发器的MVB信号由此端口送入MVB通信控制器MVBC01中；MVBC端口OC（MVB Output Data Channel）是MVB数据输出端口，数据经由此端口将发送至物理层收发器；MVBC端口SF（Send Frame）为输出端口，输出信号可作为物理层的使能信号，该信号有效时表示一个报文正在通过MVBC端口OC（MVB Output Data Channel）输出。

2.6 其他

3 、系统软件设计

3.1 系统软件体系结构

MVB 2类设备软件体系采用典型的嵌入式软件体系结构，包括驱动层、操作系统层、应用软件层，其中操作系统层是软件体系的核心。系统的软件结构如图4所示。

系统软件结构各部分功能如下：

3.1.1 驱动层

驱动层是直接和硬件相联系的一层，他对操作系统和应用提供所需的驱动支持。该层主要包括3种类型的程序：板级支持BSP、系统级驱动和应用级驱动。

板级支持BSP 在用户的应用程序启动之前，完成对系统的初始化必须有专门的一段启动代码，即板级支持BSP。板级支持BSP介于物理硬件和实时操作系统之间，在系统上电后，初始化系统的硬件环境，包括初始化ARM处理器、初始化中断控制器、初始化存储器、初始化堆栈等。NucleusPlus操作系统的BSP初始化程序流程如图5所示。

系统级驱动 与系统软件相关的驱动，这类驱动是操作系统和中间件等系统软件所需的驱动程序，他们的开发要按照系统软件的要求进行。

应用级驱动 与应用程序相关的驱动，和操作系统无关，由应用决定。

3.1.2 操作系统层

3.1.3 应用软件层

应用软件层主要由多个相对独立的应用任务组成，每个应用完成一个特定的工作，这里主要包括MVB协议栈软件。MVB协议栈软件在实时操作系统内核的支持下，通过MVB驱动模块完成MVB网络数据通信任务。用户应用可以利用MVB协议栈的接口函数访问需要的数据集，并利用收到或者发送的数据进行相应的控制或其他数据处理工作。

3.2 实时协议

实时协议分层结构如图6所示。由图中的分层结构可知MVB实时协议包括过程变量通讯和消息数据通讯两部分。由图可知变量的协议和服务包括过程数据链路层接口（LPI）和变量的应用层接口（AVI）。消息协议和服务包括消息数据链路层接口（LMI）、网络层、传送层、会话层、应用层接口（AMI）。其中链路层接口又称为低层接口，他规定来自总线的服务，应用层接口又称为高层接口，他规定提供给应用的应用层接口。

3.3 消息通信机制及其实现

MVB 2类设备的主要特征是实现消息数据的发送和接收。消息通信中实时协议是由信使执行的，他是作为独立的进程与应用并行运行。实时协议的网络层、传输层、会话层、表示层是由信使来执行并实现的，信使与应用层有一个消息应用层接口（AMI），通过这个接口应用可以调用信使的服务。同时信使与链路层也有一个接口：消息链路层接口（LMI），链路层通过这个接口向信使提供服务。在编程实现消息通信时，只需要使用消息应用层接口。

用户开发程序来实现消息通信，就是使用消息应用层接口中的接口函数来调用信使的各项功能，实现消息通信的应用程序就是按照这个顺序编写和执行的。消息数据的实现程序的流程如图7所示。

4、 结 语

使用符合TCN标准的产品是开发下一代新式列车的重要发展趋势，本文通过对IEC61375-1列车通讯网络标准的研究，提出了MVB 2类设备软硬件的设计方案并完成了系统硬件各功能模块设计和上层软件的部分设计，对MVB实时协议RTP和消息通信的机制也做了深入的研究，并给出了消息通信的编程实现方法。通过对基于ARM处理器的MVB 2类设备的深入研究和功能设计实现，不但为以后开发更高类别的MVB设备积累了经验，而且为进一步自主开发其他符合TCN标准的MVB产品提供了借鉴。

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