關(guān)于ARM處理器的MVB 2類設(shè)備研究

　　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，迫切需要一種大容量，高速度的信息傳輸系統(tǒng)。為此，國際電工委員會(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月成為國際標(biāo)準(zhǔn)。目前國際上主要的TCN產(chǎn)品供應(yīng)商是德國西門子和瑞士Duagon公司，國內(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、通信存儲器模塊、通信控制器模塊、存儲器模塊、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。

　　系統(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，F(xiàn)LASH，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 存儲器模塊

　　存儲器模塊為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)存儲空間。NET+50集成了內(nèi)存控制器模塊(Memory Controller Mod-ule)，為存儲設(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)存儲器的信號和邏輯。

　　本設(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)存儲空間，選用大小為4 MB的FLASH為系統(tǒng)提供程序存儲空間。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)鐘線完成對存儲器的尋址。

　　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，并通過通訊存儲器來與上層軟件交互。

　　本系統(tǒng)中MVB通信控制器采用MVBC01 ASIC專用芯片，符合IEC61375-1國際標(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，簡化了與各種宿主CPU以及通信存儲器的接口設(shè)計(jì)，支持MVB協(xié)議中鏈路層及以下的功能。

　　2.4 通信存儲器模塊

　　通信存儲器地址空間保存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。

　　通信存儲器分別通過數(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和通信存儲器的連接示意圖如圖2所示。