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关于共享内存的MVB 与LON 总线网关设计研究 　　引言 　　控制网络技术作为现代列车的关键技术, 在世界范围内得到了越来越广泛的应用。M VB 是IEC61375 -1 (1999) TCN(列车通信网络国际标准) 的推荐方案, 它与WTB (绞线式列车总线) 构成的列车通信总线具有实时性强、可靠性高的特点。我国机车设备间通信大量采用MVB 网络, 如“ 和谐号HXD1” 、“ 中华之星” , “ 中原之星” , “ SS3B重型电力机车” 等。LON 现场总线是由美国Echelon 公司推出的一种现场总线技术, 由于LON 控制网络的开放性、高速性和互操作性, 它已广泛应用于工业、楼宇、家庭、办公设备、交通运输、能源等自动化领域。随着对列车控制网络的开放性、性价比等要求的提高, 以及基于网络的远程诊断与维护, 旅客信息及舒适度等新需求的提出, 控制网络在列车上的应用将呈现出多种技术并存、相互竞争和融合的局面, 有可能出现车辆总线采用MVB, 而I/ O 各控制子系统采用LON 总线, 这样对列车设备间通信和无线通信系统等也提出了更高的要求, 要么分别针对MVB 总线与LON 总线设计两套无线通信系统, 要么设计MVB 总线与LON 总线数据转换网关, 实现两种总线间数据传输, 只需要在MVB 总线或者LON 总线设置一套无线通信系统, 可以节省成本。 　　本文提出一种基于共享内存的MVB 总线与LON 总线网关,通过双口RAM 实现数据的共享, 根据数据源来设定共享存储区域的读写权限, 从而实现MVB 总线与LON 总线间信息相通。 　　1 　MVB-LON 网关硬件结构设计 　　M VB -LON 网关硬件分为两部分, 一部分是以Neuron神经元处理器芯片为核心构建LON 智能通信节点, 一部分以FPGA 为核心, 构建MVB 通信网卡, 两者以双口RAM 共享内存实现数据通信, 　　1.1 　LON 智能通信节点设计 　　LON 智能节点完成与LON 总线数据通信的功能, 硬件电路包括神经元芯片Neuron3150、收发器、EEPROM、双口RAM 、译码电路和Service 电路等。以神经元芯片构成网络节口, 由它通过LonTalk 协议与网上的其它智能节点通信, 并通过双口RAM 的访问实现与其它网络的数据交换。节点中用双口RAM 充当不同网络通信过程中现场信息的接收、发送缓冲区, 完成最近发送到达的交换数据的存储转发功能, 缓解和避免系统缓存紧张和瓶颈的产生。用非易失性存储器EEPROM 存放LonTalk 网络协议固件、多任务调度程序、网络适配器通信管理程序以及网络配置信息等。 　　1.2 　MVB 通信网卡设计 　　MVB 通信网卡只进行数据的转换和传输, 不进行处理, 因此可以单独用FPGA 和简单外围的电子电路实现网络传输与控制功能。采用FPGA 实现MVB 底层逻辑相对简单, 数据端口可按用户需求灵活配置,对双口RAM 可以方便地进行读写, 还可实现简单的控制变换。 　　2 　MVB-LON总线网关软件设计 　　MVB-LON 总线网关软件分为两部分, 一部分为LON 通信设计, 另一部分为MVB 通信节点设计, 均为独立的网络应用,互不影响。MVB 总线与LON 总线通过共享内存实现数据传输,因而需要定义MVB 总线与LON 总线间数据转换方式。 　　2.1 　LON 智能节点软件设计 　　在LON 总线程序设计中使用Neuro n C 语言。Neuron C是一种基于ANSI C 且带有网络通信和高级硬件设备接口扩展语句的高级语言。它增加了对I/ O、事件处理、消息传递和分散数据目标的支持, 扩充了包括软定时器、网络变量、显示消息、一个多任务调度程序以及其它各具特点的函数等。采用Neuro n C 语言开发的应用程序, 可直接在LonBuilder 神经元仿真器上进行调试, 因此应用程序的开发可独立于硬件设计进行。 　　2.2 　MVB 通信网卡软件设计 　　MVB 通信网卡软件采用硬件描述语言VHDL 编程, 主要是设计MVB 底层逻辑和双口RAM 访问接口, 底层逻辑包括MVB 物理层与数据链路层, 按功能分为曼彻斯特编解码器、控制逻辑, 　　2.3 　MVB-LON 数据转换 　　数据转换是M VB -LON 网关设计的难点, LON 总线与M VB 总线采用不同的总线协议, MVB 总线采用主从帧应答的方式, 而LON 总线采用载波监测方式, 无法将两种协议融合在一起, 因而考虑将两种网络数据进行转换, 本文采用数据共享的方式实现数据转换。 　　LON 总线与M VB 总线采用双口RAM 实现数据共享,LON 智能通