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一种多功能车厢总线设备及微处理器

阅读：1016发布：2020-12-22

IPRDB可以提供一种多功能车厢总线设备及微处理器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种多功能车厢总线设备，包括微处理器，以及与所述微处理器连接的存储器、多功能车厢总线子系统、电源电路及复位电路，所述微处理器包括一个主中央处理单元和一个增强型时间处理器；所述主中央处理单元，用于响应中断和运行列车通信网协议栈；所述增强型时间处理器，用于控制列车运行。本发明还提供了一种微处理器，所述微处理器应用于所述多功能车厢总线设备上。由于本发明所述微处理器集成了中央处理单元和增强型时间处理器，所以本发明提供的多功能车厢总线设备体积小，便于安装应用。，下面是一种多功能车厢总线设备及微处理器专利的具体信息内容。

权利要求

1、一种多功能车厢总线设备，包括微处理器，以及与所述微处理器连接的存储器、多功能车厢总线子系统、电源电路及复位电路，其特征在于，所述微处理器包括一个主中央处理单元和一个增强型时间处理器；所述主中央处理单元，用于响应中断和运行列车通信网协议栈；所述增强型时间处理器，用于控制列车运行。

2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多功能车厢总线设备还包括与所述微处理器连接的可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件用于将所述微处理器的控制信号、地址信号进行时序调整后传递至所述多功能车厢总线子系统。

3、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存储器包括同步动态随机存储器、非易失性随机访问存储器和Flash；

所述同步动态随机存储器，用于作为程序的运行空间；

所述非易失性随机访问存储器，用于暂存程序；

所述Flash，用于存储程序。

4、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电源电路包括5V电源，用于为多功能车厢总线系统供电。

5、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述电源电路还包括开关电源，用于将5V电源转换为3.3V电源；所述3.3V电源，用于为微处理器的 IO口以及CPU外围设备供电。

6、根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述电源电路还包括线性电源，用于将3.3V电源转换为1.5V电源；所述1.5V电源，用于为微处理器的内核供电。

7、根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述多功能车厢总线设备还包括第一指示灯和第二指示灯，分别用于指示所述5V电源和3.3V电源是否接通。

8、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多功能车厢总线设备还包括第三指示灯，用于指示所述微处理器工作是否正常。

9、根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，所述多功能车厢总线设备还包括第四指示灯、第五指示灯和/或第六指示灯；

所述第四指示灯，用于指示多功能车厢总线站的工作状态；

所述第五指示灯，用于指示多功能车厢总线控制器工作是否正常；

所述第六指示灯，用于指示多功能车厢总线通讯的质量。

10、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微处理器还包括通用异步串行通信接口，用于进行程序调试。

11、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微处理器还包括以太网控制器，用于控制以太网收发器。

12、一种微处理器，其特征在于，所述微处理器包括一个主中央处理单元和一个增强型时间处理器；所述主中央处理单元，用于响应中断和运行列车通信网协议栈；所述增强型时间处理器，用于控制列车运行。

说明书全文

技术领域

本发明涉及电气自动化技术领域，特别涉及一种多功能车厢总线设备及微处理器。

背景技术

目前国际上影响最大的铁路行业标准总线是IEC61375标准所规定的列车通信网(TCN，Train Communication Network)。符合IEC61375标准的TCN产品特别是多功能车厢总线(MVB，Multifunction Vehicle Bus)在中国铁路行业的应用越来越广泛。
MVB4类设备可以实现过程数据和消息数据的通讯，具有完全的MVB主站功能。过程数据是IEC61375标准中规定的周期收发的数据，主要用来传输一些实时性较高的参数。例如积分曲线要求的参数等。消息数据是IEC61375标准中规定的偶发性的数据，用来传输较大容量和实时性比过程数据低的一些参数，例如故障数据等。由于MVB4类设备的上述特点，MVB4类设备需要采用多种中断。
例如主站发出主帧后一段时间内未收到从帧的应答，则产生从帧应答超时中断(RTI，Reply Timeout Interrupt)。某设备在1.3毫秒内未收到主帧，则产生总线超时中断(BTI，Bus Timeout Interrupt)。每收到0xFFFF个通讯帧，则产生一个帧计数中断(FEV，Frames Evaluated Interrupt)、发送队列异常中断 (XQE，Transmit Queue Exception)和接收队列异常中断(RQE，Receive Queue Exception)。还包括某个通讯端口绑定的数据传输中断等。这样会带来两方面的问题：一是太多的中断使CPU频繁地执行入栈出栈，极大影响CPU的工作效率；二是有的中断需要较长的处理时间，这将影响CPU处理任务的实时性。
为了解决上述问题，目前有两种解决方案，一种是双CPU；一种是单CPU，外加其他模块。下面首先介绍双CPU的方案。一个CPU专门用来处理中断；另一个CPU专门用来处理MVB通讯。但是双CPU的硬件体系庞大，设计起来比较麻烦。由于列车个体狭长，空间紧凑，所以体积庞大的MVB设备不利于在机车车厢安装。由于两个CPU之间需要传输数据，这样致使软件程序结构复杂。因此，这种双CPU的MVB设备不利于扩展应用。
单CPU的MVB设备，需要配合其他模块才能实现控制功能。CPU主要处理MVB通讯。其他模块例如：数据采集模块，用于采集数字量、模拟量。多串口通讯模块，用于与列车上其它具有RS485接口、CAN总线接口或 LONWORK总线接口的设备进行数据交换。数字量和模拟量输出模块，用于直接控制现场设备如开关、继电器等，实现控制功能。这种单CPU外加功能模块的MVB设备的体积较大，不易应用在空间紧凑的汽车或列车上。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种多功能车厢总线设备及微处理器，所述设备的体积小，能够方便安装于空间紧凑的汽车或列车上。
本发明提供一种多功能车厢总线设备，包括微处理器，以及与所述微处理器连接的存储器、多功能车厢总线子系统、电源电路及复位电路，所述微处理器包括一个主中央处理单元和一个增强型时间处理器；所述主中央处理单元，用于响应中断和运行列车通信网协议栈；所述增强型时间处理器，用于控制列车运行。
优选地，所述多功能车厢总线设备还包括与所述微处理器连接的可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件用于将所述微处理器的控制信号、地址信号进行时序调整后传递至所述多功能车厢总线子系统。
优选地，所述存储器包括同步动态随机存储器、非易失性随机访问存储器和Flash；
所述同步动态随机存储器，用于作为程序的运行空间；
所述非易失性随机访问存储器，用于暂存程序；
所述Flash，用于存储程序。
优选地，所述电源电路包括5V电源，用于为多功能车厢总线系统供电。
优选地，所述电源电路还包括开关电源，用于将5V电源转换为3.3V电源；所述3.3V电源，用于为微处理器的IO口以及CPU外围设备供电。
优选地，所述电源电路还包括线性电源，用于将3.3V电源转换为1.5V电源；所述1.5V电源，用于为微处理器的内核供电。
优选地，所述多功能车厢总线设备还包括第一指示灯和第二指示灯，分别用于指示所述5V电源和3.3V电源是否接通。
优选地，所述多功能车厢总线设备还包括第三指示灯，用于指示所述微处理器工作是否正常。
优选地，所述多功能车厢总线设备还包括第四指示灯、第五指示灯和/或第六指示灯；
所述第四指示灯，用于指示多功能车厢总线站的工作状态；
所述第五指示灯，用于指示多功能车厢总线控制器工作是否正常；
所述第六指示灯，用于指示多功能车厢总线通讯的质量。
优选地，所述微处理器还包括通用异步串行通信接口，用于进行程序调试。
优选地，所述微处理器还包括以太网控制器，用于控制以太网收发器。
本发明还提供了一种微处理器，所述微处理器包括一个主中央处理单元和一个增强型时间处理器；所述主中央处理单元，用于响应中断和运行列车通信网协议栈；所述增强型时间处理器，用于控制列车运行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供一种多功能车厢总线设备及微处理器，所述设备包括微处理器及其外围设备。所述微处理器包括主中央处理单元和增强型时间处理器。所述主中央处理单元，用于响应中断和运行列车通信网协议栈。所述增强型时间处理器，控制脉冲宽度调制、步进电机、油嘴喷油及打火。所述增强型时间处理器用于实现与时间参数密切相关的功能。这样所述主中央处理单元可以解放出来专门处理中断，进而提高整个微处理器的工作效率。由于本发明所述微处理器集成了中央处理单元和增强型时间处理器，所以本发明提供的多功能车厢总线设备体积小，便于安装应用。

附图说明

图1是基于本发明多功能车厢总线设备第一实施例结构图；
图2是基于本发明所述多功能车厢总线子系统结构图；
图3是基于本发明多功能车厢总线设备的电源电路原理图；
图4是基于本发明多功能车厢总线设备第二实施例结构图；
图5是基于本发明所述指示灯阵列示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为基于本发明多功能车厢总线设备第一实施例结构图。
本发明所述多功能车厢总线设备包括主中央处理单元101、增强型时间处理器102(ETPU，Enhanced Time Processor)、存储器103、MVB子系统104、电源电路105和复位电路106。
需要说明的是，本发明所述多功能车厢总线设备包括的微处理器包括所述主中央处理单元101与所述ETPU102。
所述主中央处理单元101，用于处理中断以及运行TCN协议栈等。
所述ETPU102，用于控制脉冲宽度调制、步进电机、油嘴喷油及打火。例如，本发明所述设备通过所述MVB子系统104接收来自司机室主控屏的加速信号，在所述ETPU102单元中进行数据运算，通过ETPU102输出满足控制要求的脉宽调制信号，控制电机按设定曲线进行加速。
本发明优选飞思卡尔coldfire系列的MCF5235的微处理器。MCF5235包括一个主CPU和一个ETPU。所述ETPU处理一些与时间密切相关的参数，例如PWM调制、脉冲、步进电机控制和频率测量等等。
需要说明的是，本发明所述微处理器可以根据需要选择其他型号，只要可以完成本发明所述的功能即可。
所述存储器103，用于存储系统运行时的程序和数据。
所述MVB子系统104，用于完成列车通讯网络通讯。
所述电源电路105，用于为整个多功能车厢总线设备提供工作电源。
所述复位电路106，用于为微处理器提供复位。
本发明所述多功能车厢总线设备，采用先进的微处理器，所述微处理器包括主CPU101和ETPU102。由于所述ETPU102专门用于处理与时间参数密切相关的参数，因此所述主CPU101可以解放出来专门处理中断，这样大大提高了主CPU101的工作效率。而且所述主CPU101与所述ETPU102集成在一个微处理器上，功能强大，体积小，整体减少了所述多功能车厢总线设备的体积，便于安装应用。
下面结合附图详细说明本发明所述多功能车厢总线子系统。
参见图2，该图为本发明所述多功能车厢总线子系统结构图。
所述多功能车厢总线子系统包括多功能车厢总线缓冲器、存储器和控制器。所述缓冲器与所述微处理器连接；所述存储器与所述缓冲器连接；所述控制器与所述存储器连接。
主CPU101控制MVBC104a的读写信号及片选，如图2所示的控制总线。主CPU101的地址总线通过MVB地址缓冲器104b连接所述MVBC104a。主 CPU101的数据总线通过MVB数据缓冲器104c连接MVB通讯存储器104d。 MVBC104a的MVB总线接口104e连接外部MVB节点。需要说明的是，所述MVB的总线接口104e可以连接两个以上MVB节点。
所述MVBC104a主要完成IEC61375-1标准的物理层和链路层，对数字信号进行编码、解码、冗余和校验，与协议栈结合可以实现过程数据通讯、消息数据通讯、事件轮询、设备状态轮询、主权转移、总线管理等等功能等。
下面结合附图详细说明本发明所述多功能车厢总线设备的电源电路。
参见图3，该图为基于本发明多功能车厢总线设备的电源电路原理图。
本发明所述多功能车厢总线设备的板级电源使用三种电源，分别是5V、 3.3V和1.5V。
第一DC/DC301将110V电压转换为5V直流电压。第二DC/DC302将所述5V直流电压转换为3.3V直流电压。线性电源(LDO，Low Dropout Regulator) 303将所述3.3V转换为1.5V直流电压。
需要说明的是，本发明所述第二DC/DC302优选开关电源，开关电源可以提高电源效率。所述开关电源具体可以选择开关电源LM2853来实现。当然也可以根据实际需要选择其他型号的开关电源，将5V直流电压转换为3.3V 直流电压。
本发明所述线性电源303优选线性电源，线性电源可以提高微处理器内核电压的稳定性。所述线性电源具体可以选择LP3882来实现。当然也可以根据需要选择其他型号的线性电源，将3.3V直流电压转换为1.5V直流电压。
需要说明的是，本发明所述5V直流电压为所述MVB子系统104供电。
所述3.3V直流电压为所述微处理器的IO口以及微处理器的外围设备供电。例如为存储器、以太网物理层芯片(PHY，Physical Layer)、微处理器的地址、数据和控制总线的缓冲器等供电。
所述1.5V直流电压为所述微处理器的内核提供电源。
参见图4，该图为基于本发明多功能车厢总线设备第二实施例结构图。
本发明多功能车厢总线设备第二实施例与第一实施例的区别是增加了：可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)107、以太网控制器108、以太网收发器109、通用异步串行收发器接口(UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)110、RS232接口111和指示灯阵列112。
所述CPLD107，用于将CPU的控制信号和地址信号进行时序调整后传递至所述MVBC104，以满足二者的时序匹配。
所述微处理器内嵌以太网控制器108，因此本发明所述设备只需要外加以太网收发器109。
本发明优选MICREL公司的KSZ8721BLI作为所述以太网收发器109。另外为了防止所述以太网收发器109受到外部冲击，在以太网入口处增加 SLVU2.8作为防浪涌保护器件。
所述以太网收发器109可以直接连接外部网络，从而实现多功能车厢总线设备与外部网络通讯。
所述微处理器内嵌UART110。所述UART110连接所述RS232接口111。所述RS232接口111，用于将主CPU101的电平转换为232电平。本发明所述 RS232接口111优选MAX202。
本发明所述RS232接口主要作为串口，用来调试程序。
另外为了防止所述MAX202收到外部冲击，在所述MAX202入口处连接 PSOT15C作为防浪涌保护器件。
下面结合附图5详细说明所述指示灯阵列112。
参见图5，该图为基于本发明所述指示灯阵列示意图。
所述指示灯阵列112包括8个指示灯。其中2个指示灯用于预留给客户应用程序使用。
第一指示灯112a和第二指示灯112b，分别用于指示所述5V和3.3V电源是否接通。
当电源接通时，所述指示灯亮；当电源未接通时，所述指示灯灭。
第三指示灯112c，用于指示所述微处理器工作是否正常。
当微处理器工作正常时，所述第三指示灯112c灭；当微处理器工作故障时，所述第三指示灯112c亮。
第四指示灯112d、第五指示灯112e和第六指示灯112f用于指示多功能车厢总线控制器的工作状态。
第四指示灯112d，用于指示MVB站的工作状态。
例如，当所述第四指示灯112d常亮时，表明MVB工作于主站状态。当所述第四指示灯112d常灭时，表明MVB工作于从站状态。当所述第四指示灯112d闪烁时，表明MVB作为主站备份冗余时，切换主站的工作状态。
第五指示灯112e常亮表示MVBC芯片工作正常，常灭表示MVBC芯片工作异常。
第六指示灯112f，用于指示MVB总线通讯的质量。
第六指示灯112f常灭表示MVBC通讯质量良好，闪烁表示接收到错帧，闪烁的速度与该时段的错帧率成正比。
例如，当第六指示灯112f不亮时，表明MVB总线上通讯良好，传输的数据没有错帧。当第六指示灯112f闪烁的速度慢时，表明MVB总线上通讯出现故障，但传输的数据中有较少的错帧。当第六指示灯112f闪烁的速度快时，表明MVB总线上通讯出现故障，但传输的数据中有很多错帧。
第七指示灯112g和第八指示灯112h用于本发明多功能车厢总线设备中除了MVB子系统以外的外设的硬件自检。例如微处理器1s内自检一次其外设的工作状态，当检测到有的外设出现故障时，第七指示灯或第八指示灯亮，提示设备出现故障。
需要说明的是，所述指示灯阵列112可以根据实际需要添加或减少指示灯的个数。
需要说明的是，本发明实施例所述多功能车厢总线设备包含的复位电路 106的复位信号同时传输给微处理器和CPLD107。
所述复位电路106的复位主要有两种情况。第一种是上电复位。第二种是看门狗复位，即当微处理器或CPLD107工作出现故障时，外部看门狗得不到周期性指令，从而复位微处理器和CPLD107。
需要说明的是，本发明所述多功能车厢总线设备的存储器103包括同步动态随机存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic Random Access Memory)、非易失性随机访问存储器(NVRAM，Non-Volatile Random Access Memory)和 Flash。
所述SDRAM，用于作为程序的运行空间。
所述NVRAM，用于暂存程序。
所述NVRAM暂存将要写到FLASH种的数据。因为FLASH的寿命有限，不能太频繁的写入。因此将要写入的数据先写到NVRAM中，例如可以累积到4K字节再一次性写入Flash，不用逐个字节的写入Flash。
所述Flash，用于存储程序。
本发明实施例所述多功能车厢总线设备，所述设备包括指示灯阵列112。通过所述指示灯阵列112可以直观知悉设备的工作状态，当设备运行出现故障时，用户便于及时做出反应。本发明所述微处理器内嵌以太网控制器108，可以通过外扩以太网收发器与外部网络进行通信。由于本发明所述微处理器集成了功能强大的外设资源，因此本发明所述多功能车厢总线设备可以集成在体积很小的电路板上，便于安装应用。
本发明还提供了一种微处理器，应用于所述MVB设备上，所述微处理器包括一个主中央处理单元和一个增强型时间处理器；所述主中央处理单元，用于响应中断和运行列车通信网协议栈；所述增强型时间处理器，用于控制列车运行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
微处理器-专利编号CN102591844B	2020-05-11	900
微处理器-专利编号CN100412790C	2020-05-11	948
微处理器-专利编号CN100368954C	2020-05-11	790
微处理器-专利编号CN1385782A	2020-05-13	227
微处理器-专利编号CN1180199A	2020-05-13	387
微处理器-专利编号CN1713104A	2020-05-12	334
微处理器-专利编号CN1132111C	2020-05-12	943
微处理器-专利编号CN1107272C	2020-05-12	90
微处理器-专利编号CN100354787C	2020-05-11	364
微处理器-专利编号CN106325810B	2020-05-13	295

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