基于ARM處理器的MVB 2類設(shè)備研究

1引 言 　　列車需要傳輸大量的設(shè)備控制和旅客服務(wù)信息，隨著這些信息的數(shù)量和種類不斷地增長(zhǎng)，迫切需要一種大容量，高速度的信息傳輸系統(tǒng)。為此，國(guó)際電工委員會(huì)(iec)制定了一項(xiàng)用于規(guī)范車載設(shè)備數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)——iec61375(列車通信網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn))，即tcn標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于1999年6月成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)際上主要的tcn產(chǎn)品供應(yīng)商是德國(guó)西門子和瑞士duagon公司，國(guó)內(nèi)的株洲電力機(jī)車研究所和大連北車集團(tuán)電力牽引研究所等單位進(jìn)行了大量的tcn相關(guān)研究工作并取得了豐碩的科研成果。 　　tcn標(biāo)準(zhǔn)推薦在機(jī)車上層使用絞線式列車總線wtb，在下層使用多功能車輛總線mvb。mvb總線和機(jī)車中的各種電氣設(shè)備相連，這些設(shè)備按性能可以分為5類，其中二類設(shè)備的主要特征是具有消息數(shù)據(jù)通信的功能。為了實(shí)現(xiàn)消息數(shù)據(jù)通信，需要在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持下采用軟件編程，利用應(yīng)用程序接口api等接口來調(diào)用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的各種功能，從而實(shí)現(xiàn)消息數(shù)據(jù)的通信。mvb 2類設(shè)備硬件核心采用arm7內(nèi)核微處理器net+50作為主cpu實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總體控制，采用mvbc01芯片作為mvb通信控制器實(shí)現(xiàn)鏈路層的數(shù)據(jù)處理，軟件核心采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)nucleus plus來實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理、中斷管理等上層管理。2 mvb 2類設(shè)備系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括應(yīng)用處理器模塊、通信存儲(chǔ)器模塊、通信控制器模塊、存儲(chǔ)器模塊、pc104接口模塊、物理層接口模塊等幾部分的設(shè)計(jì)，其中核心模塊是arm處理器和mvb通信控制器mvbc01。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示?！　∠到y(tǒng)硬件各部分電路的功能和設(shè)計(jì)方法如下：2.1 應(yīng)用處理器模塊　　應(yīng)用處理器采用arm核微處理器net+50作為核心處理器。net十50由netsilicon公司生產(chǎn)，屬于arm7系列。 net+50處理器包括一個(gè)arm7tdmi核，32位內(nèi)部總線，支持所有sram，sdram，flash，e2prom，有40個(gè)可編程i／o接口引腳，16個(gè)輸入接口引腳，36個(gè)可編程中斷，2個(gè)完全獨(dú)立的hdlc／uart／spi串行口以及完整的以太網(wǎng)控制器。2.2 存儲(chǔ)器模塊　　存儲(chǔ)器模塊為arm處理器net+50正常工作時(shí)提供所需的程序存貯空間，內(nèi)存空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。net+50集成了內(nèi)存控制器模塊(memory controller mod-ule)，為存儲(chǔ)設(shè)備提供無縫連接，系統(tǒng)通過配置內(nèi)存控制器模塊的控制寄存器和片選cs控制寄存器來實(shí)現(xiàn)訪問相應(yīng)存儲(chǔ)器的信號(hào)和邏輯?！　”驹O(shè)計(jì)中選用大小為16 mb的高速sdram為系統(tǒng)提供內(nèi)存服務(wù)，選用大小為512 kb的nvram為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，選用大小為4 mb的flash為系統(tǒng)提供程序存儲(chǔ)空間。使用arm處理器的地址線、數(shù)據(jù)線以及相應(yīng)的片選、讀／寫、時(shí)鐘線完成對(duì)存儲(chǔ)器的尋址。2.3 通信控制器模塊　　通信控制器mvbc是mvb總線上的新一代核心處理器，他獨(dú)立于物理層和功能設(shè)備，為在總線上的各個(gè)設(shè)備提供通訊接口和通訊服務(wù)，可通過配置應(yīng)用在符合tcn標(biāo)準(zhǔn)的1，2，3，4類設(shè)備中。mvbc把來自于mvb總線的串行化信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)字節(jié)，也把需發(fā)送的字節(jié)交由串行化電路發(fā)送到傳輸介質(zhì)上。mvbc可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層以及一部分傳輸層的數(shù)據(jù)處理，并通過通訊存儲(chǔ)器來與上層軟件交互?！　”鞠到y(tǒng)中mvb通信控制器采用mvbc01 asic專用芯片，符合iec61375-1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。mvbc01專用芯片采用16位數(shù)據(jù)總線，提供了豐富的接口控制信號(hào)，簡(jiǎn)化了與各種宿主cpu以及通信存儲(chǔ)器的接口設(shè)計(jì)，支持mvb協(xié)議中鏈路層及以下的功能。2.4 通信存儲(chǔ)器模塊　　通信存儲(chǔ)器地址空間保存mvbc01的所有數(shù)據(jù)和信息，既可以被mvbc01訪問又可以被arm處理器訪問。本系統(tǒng)中采用兩片512 kb大小的sram cy62148擴(kuò)展成1 mb的尋址空間。通信存儲(chǔ)器的尋址空間劃分為4部分，分別為logical address space(la)，device addressspace(da)，service area(1 kb)和miscellany?！　⊥ㄐ糯鎯?chǔ)器分別通過數(shù)據(jù)線，地址線和arm處理器以及mvbc01相連，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和地址尋址，arm處理器、mvbc01和通信存儲(chǔ)器的連接示意圖如圖2所示?！　vbc01內(nèi)部集成traffic memory controller(tmc)模塊，負(fù)責(zé)控制通信存儲(chǔ)器的訪問模式，tmc與仲裁控制器和邏輯地址密切相關(guān)。tmc模塊負(fù)責(zé)控制3種存儲(chǔ)器訪問模式，分別是：arm cpu訪問通信存儲(chǔ)器；arm cpu訪問mvbc內(nèi)部寄存器；mvbc01訪問通信存儲(chǔ)器。tmc模塊還對(duì)arm處理器和mvbc同時(shí)訪問通信存儲(chǔ)器所產(chǎn)生的訪問沖突做出仲裁。

2.5 mvb物理層接口電路模