基于SOPC的車輛息線控制器設(shè)計(jì)方案

引 言

　　基于分布式控制的MVB(多功能車輛總線)是IEC61375-l(1999)TCN(列車通信網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))的推薦方案，它與WTB(絞線式列車總線)構(gòu)成的列車通信總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。MVB作為快速的過(guò)程控制優(yōu)化的總線，能提供最佳的響應(yīng)速度.是主要用于有互操作性和互換性要求的互聯(lián)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信總線，適合用作車輛總線，對(duì)于固定編組的列車，MVB也可以用作列車總線，如圖1所示。

　　隨著系統(tǒng)集成技術(shù)的不斷成熟，出現(xiàn)了一種新興的產(chǎn)業(yè)，即IP(Intellcctual Property，知識(shí)產(chǎn)權(quán))產(chǎn)品及模塊化設(shè)計(jì)。在集成電路設(shè)計(jì)中，IP特指可以通過(guò)知識(shí)產(chǎn)權(quán)貿(mào)易，在各設(shè)計(jì)公司間流通的實(shí)現(xiàn)特定功能的電路模塊。IP核的奉質(zhì)特征是可鶯用性，通常滿足良好的通用性、可移植性及絕對(duì)正確3個(gè)基本特征，是未來(lái)SOPC(System OnProgrammable Chit))設(shè)計(jì)的核心。要使SOPC設(shè)計(jì)成功，就要更多地采用知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)復(fù)用，以快速地完成設(shè)計(jì)，得到價(jià)格低廉的硅器件，從而滿足市場(chǎng)需求。

　　筆者對(duì)國(guó)外傳統(tǒng)MVB通信控制器芯片MVBC以及MVB底層通信協(xié)議進(jìn)行了深入的研究，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MVB總線訪問(wèn)IP核，并利用SOPC技術(shù)設(shè)計(jì)了MVB控制器。

　　1 MVBC介紹

　　MVBC(多功能車輛總線控制器)是MVB總線上的新一代核心處理器。它獨(dú)立于物理層和功能設(shè)備，為總線上的各個(gè)設(shè)備提供通信接口和通信服務(wù)。MVBC與上一代MVB通信控制器BAP15-2/3相比，在性能上有了很大的提高，是目前MVH總線上最先進(jìn)的通信控制器。MVBC內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　MVBC用于將來(lái)自MVB總線的串行位信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)字節(jié)，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，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層以及部分傳輸層的數(shù)據(jù)處理，并通過(guò)通信存儲(chǔ)器與上層軟件交互?？偩€控制器內(nèi)部包含編解碼電路和控制通信存儲(chǔ)器所需的邏輯電路，用來(lái)控制幀的發(fā)送和接收(如沖突檢測(cè)、幀的前導(dǎo)比特處理和CRC校驗(yàn)位的處理等)。

　　2 MVB總線訪問(wèn)IP核的實(shí)現(xiàn)

　　總線訪問(wèn)IP核用于代替現(xiàn)有MVB網(wǎng)卡的MVBC芯片實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的功能，由此IP核結(jié)合物理層的總線收發(fā)器完成總線訪問(wèn)?？偩€訪問(wèn)IP核可分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和與應(yīng)用層的接口3部分。

　?、傥锢韺樱簩?shí)現(xiàn)基帶曼徹斯特Biphase-L編解碼，介質(zhì)冗余處理，介質(zhì)安裝單元接口，以及用于輸入解碼的數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)。

　?、跀?shù)據(jù)鏈路層：包括尋址方式，F(xiàn)-code(功能代碼)的生成，主從設(shè)備幀內(nèi)容的填充以及介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)等。

　?、叟c應(yīng)用層的接口：通常采用共享存儲(chǔ)器的方法，需要完成端口的定義與維護(hù)、通信存儲(chǔ)器的控制等，其邏輯框圖如圖3所示。

　　2.1 MVB幀結(jié)構(gòu)

　　在MVB中有兩種幀格式：一種是只能由總線主設(shè)備發(fā)送的主設(shè)備幀，簡(jiǎn)稱“主幀”;另一種是為響應(yīng)主幀而由從設(shè)備發(fā)送的從設(shè)備幀，簡(jiǎn)稱“從幀”。一個(gè)幀以9位定界符開始，主設(shè)備幀分界符和從設(shè)備幀分界符對(duì)于防止同步失敗是不相同的。圖4為MVB主從幀結(jié)構(gòu)圖。

　　2.2 MVB幀發(fā)送器

　　MVB總線數(shù)據(jù)以幀為基本單位，數(shù)據(jù)幀采用了曼徹斯特碼傳輸。編碼器和解碼器不只是進(jìn)行曼徹斯特編解碼，幀頭幀尾的特殊編解碼也需要在這里進(jìn)行，采用傳統(tǒng)的曼徹斯特編解碼器將無(wú)法完成此項(xiàng)工作。在本設(shè)計(jì)中，采用結(jié)合收發(fā)器的狀態(tài)機(jī)具體狀態(tài)進(jìn)行編解碼設(shè)訃的方法解決這一問(wèn)題。MVB幀發(fā)送器通過(guò)控制邏輯模塊，調(diào)用曼徹斯特編碼與CRC校驗(yàn)?zāi)K，通信存儲(chǔ)單元模塊完成緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

　　下面說(shuō)明發(fā)送器的狀態(tài)機(jī)FSM(Finite State Machine)的設(shè)計(jì)。發(fā)送器的一項(xiàng)主要功能是實(shí)現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換和組幀。MVB總線數(shù)據(jù)在收到發(fā)送置位信號(hào)后開始進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送;當(dāng)數(shù)據(jù)存入通信存儲(chǔ)單元后，等待控制邏輯模塊的置位信號(hào);然后進(jìn)入幀的發(fā)送狀態(tài)，通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)完成各個(gè)狀態(tài)之問(wèn)的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)一組有效的幀數(shù)據(jù)發(fā)送。發(fā)送器的狀態(tài)機(jī)FSM如圖5所示。