一種基于Linux平臺的鐵路實時以太網TRDP網關的制作方法

本發明涉及計算機技術領域，尤其涉及一種基于linux平臺的鐵路實時以太網trdp網關。

背景技術：

過去的鐵路用的網絡技術最快僅為數mbit/秒，隨著監控并記錄車輛和裝備的情況、配備客戶使用的無線lan等通信功能、車內監控攝像頭像素的增加、車內顯示器的大型化和高畫質化等功能的不斷強化，數據傳輸速度已經無法滿足了，于是，作為能夠實現10mbit/秒以上的數據傳輸技術，以太網成為了眾望所歸。而目前實時以太網的列車車輛總線國際標準為iec61375-2-3，新標準會逐步應用到中國軌道交通領域。

隨著鐵路行業的發展，實時的以太網會得到廣泛的應用，但由于鐵路通訊網絡的專用性和強針對性(主要應用于鐵路和部分電力系統等一些特殊領域)，用于實現trdp(trainreal-timedataprotocol，簡稱trdp)協議轉換成其他數據形式，如trdp轉換成uart或can等數據形式的實時以太網關還是一片空白。現有的數據轉換形式主要是依賴芯片自帶的以太網軟核協議棧，協議棧是指網絡中各層協議的總和，其形象反映了一個網絡中文件的傳輸過程：由上層協議到底層協議，再由底層協議到上層協議。目前使用最廣泛的是英特網協議棧，由上到下的協議分別是：1、應用層(http，ftp，tftp，telnet，dns，email等)；2、運輸層(tcp，udp)；3、網絡層(ip)；4、鏈路層(wi-fi，以太網，令牌環等)；5、物理層(mac)。

而現有的鐵路以太網主要是通過mcu芯片自帶的以太網協議棧實現的，其需要在物理層設置以太網控制芯片，而且該以太網控制芯片內部還需要撰寫tcp/ip協議棧的上層協議命令，屬于軟件協議棧。但是，如果現有的系統使用的是低端單片機，則整個系統結構包括主單片機都需要更換，才能實現以太網功能。另外，由于mcu芯片不僅要實現以太網功能，還需要對車輛的其他功能進行控制，以太網的數據轉換占用了mcu芯片的大量資源，導致內存成本增加，而且mcu芯片自帶的軟協議棧實時性較差，無法滿足鐵路以太網對實時性的要求。

技術實現要素：

本發明實施例提出一種基于linux平臺的鐵路實時以太網trdp網關，實現了trdp通信數據的快速處理，滿足鐵路以太網對實時性的要求。

本發明實施例提供一種基于linux平臺的鐵路實時以太網trdp網關，包括：arm核心板、uart接口、can接口、以太網收發器和以太網總線接口；

其中，所述arm核心板分別與所述uart接口、can接口、以太網收發器連接；所述以太網收發器和所述以太網總線接口連接；

所述arm核心板裝載有linux平臺，所述arm核心板用于根據trdp協議，實現車載設備和列車通信網的數據傳輸。

進一步的，所述arm核心板用于根據trdp協議，實現車載設備和列車通信網的數據傳輸，具體為：

所述arm核心板根據trdp協議，將由所述以太網總線接口接收的第一ip數字信號轉換成第一并行數據信號后，依次通過uart接口或can接口發送給所述車載設備；

以及，所述arm核心板根據所述trdp協議，將所述uart接口或所述can接口接收的第二并行數據信號轉換為第二ip數字信號后，依次通過所述以太網收發器、以太網總線接口發送給所述列車通信網。

進一步的，所述arm核心板還用于系統初始化，以及實現trdp以太網和uart網絡之間、所述trdp網絡和can網絡之間數據交換，具體為：

接收所述uart網絡或can網絡發送的trdp配置參數信息；其中，所述trdp配置參數信息包括tcms主機ip、dns主機ip、本地ip和端口；

檢測trdp總線的ttdb列車網絡拓撲包，配置靜態和動態列車網絡拓撲參數；

根據所述dns主機ip，發送dns請求包，獲得實際編組下的tcms主機的ip地址；

根據所述靜態和動態列車網絡拓撲參數以及所述實際編組下的tcms主機的ip地址，接收tcms組播信息和發送tcms單播通信，實現所述trdp以太網和所述uart網絡之間、所述trdp網絡和所述can網絡之間數據交換。

進一步的，所述arm核心板包括型號為i.mx6ul的a7芯片；

所述a7芯片裝載有所述linux平臺。

進一步的，所述arm核心板還包括：協處理器和sdram內存；

其中，所述a7芯片是型號為mcimx6g2cvm05aa的微處理器；

所述協處理器是型號為neonmpe的協處理器；

所述sdram內存是型號為ddr3的sdram內存。

進一步的，所述以太網收發器包括型號為dp83848的phy芯片；

所述phy芯片分別與所述a7芯片的數據線和地址線連接。

進一步的，所述鐵路實時以太網trdp網關還包括：網絡隔離變壓器；

所述網絡隔離變壓器連接在所述以太網收發器和以太網總線接口之間。

進一步的，所述網絡隔離變壓器包括型號為tf1102p的控制芯片。

進一步的，所述鐵路實時以太網trdp網關還包括：電源電路、復位電路和tf卡接口；

所述arm核心板分別與所述電源電路、所述復位電路、所述tf卡接口連接。

實施本發明實施例，具有如下有益效果：

本發明實施例提供的一種基于linux平臺的鐵路實時以太網trdp網關，包括核心板、uart接口、can接口、以太網收發器和以太網總線接口；其中，arm核心板裝載有linux平臺，而且arm核心板用于根據trdp協議，實現車載設備和列車通信網的數據傳輸。相比于現有技術使用mcu芯片自帶的以太網協議棧實現以太網通信，本發明通過linux平臺實現trdp軟核協議棧獨立于mcu運作，不再需要在物理層增添硬件設備，能與主tcms網絡進行通信，滿足鐵路以太網對實時性的要求。另外，通過本發明的trdp網關實現以太網數據傳輸，能優化mcu芯片的網絡功能，釋放其內存，而且無需考慮具體硬件和軟件的開發成本，縮短產品的開發時間，便于產品更新。

附圖說明

圖1是本發明提供的基于linux平臺的鐵路實時以太網trdp網關的一種實施例的結構示意圖；

圖2是本發明提供的arm核心板的一種實施例的電路結構示意圖；

圖3是本發明提供的以太網收發器的一種實施例的電路結構示意圖；

圖4是本發明提供的鐵路實時以太網trdp網關的另一種實施例的電路結構示意圖；

圖5是本發明提供的網絡隔離變壓器的一種實施例的電路結構示意圖；

圖6是本發明提供的電源電路的一種實施例的電路結構示意圖；

圖7是本發明提供的復位電路的一種實施例的電路結構示意圖；

圖8是本發明提供的tf卡接口的一種實施例的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

參見圖1，是本發明提供的基于linux平臺的鐵路實時以太網trdp網關的一種實施例的結構示意圖。如圖1所示，該trdp網關包括：arm核心板1、uart接口2、can接口3、以太網收發器4和以太網總線接口5。其中，arm核心板1分別與uart接口2、can接口3、以太網收發器4連接。以太網收發器4和以太網總線接口5連接。

在本實施例中，uart接口2和can接口3與外部車載設備連接，用于接收和發送并行數據信號。以太網總線接口5與外部的列車通信網連接，用于接收和發送ip數字信號。

在本實施例中，arm核心板1用于根據trdp協議，實現車載設備和列車通信網的數據傳輸，具體為：arm核心板1根據trdp協議，將由以太網總線接口5接收的第一ip數字信號轉換成第一并行數據信號后，依次通過uart接口2或can接口3發送給車載設備；以及，arm核心板1根據trdp協議，將uart接口2或can接口3接收的第二并行數據信號轉換為第二ip數字信號后，依次通過以太網收發器4、以太網總線接口5發送給列車通信網。

在本實施例中，arm核心板1還用于系統初始化，以及實現trdp以太網和uart網絡之間、所述trdp網絡和can網絡之間數據交換，具體為：

a、接收uart網絡或can網絡發送的trdp配置參數信息；其中，trdp配置參數信息包括tcms主機ip、dns主機ip、本地ip和端口；

b、檢測trdp總線的ttdb列車網絡拓撲包，配置靜態和動態列車網絡拓撲參數；

c、根據dns主機ip，發送dns請求包，獲得實際編組下的tcms主機的ip地址；

d、根據該靜態和動態列車網絡拓撲參數以及該實際編組下的tcms主機的ip地址，接收tcms組播信息和發送tcms單播通信，實現trdp以太網和uart網絡之間、trdp網絡和can網絡之間數據交換。

作為本實施例的一種舉例，參見圖2，圖2是本發明提供的arm核心板的一種實施例的電路結構示意圖。如圖2所示，arm核心板包括型號為i.mx6ul的a7芯片；a7芯片裝載有linux平臺。核心板還包括：協處理器和sdram內存；其中，a7芯片是型號為mcimx6g2cvm05aa的微處理器；協處理器是型號為neonmpe的協處理器；sdram內存是型號為ddr3的sdram內存。除此之外，核心白還可以集成128/256mbnandflash、硬件看門狗、硬件加密等，具備完整的最小系統功能。

本發明的arm核心板1裝置的linux平臺，將trdp協議棧封裝在linux平臺中，對linux進行了裁剪，完全適應trdp對通訊實時性要求，信息的進棧/出棧，封包/解包等網絡數據處理全部在linux軟核協議棧中進行。而為了快速處理trdp通信數據，保證了mcu高速穩定的通信速率，選用了arm的a7系列mcimx6g2cvm05aa微處理器。

另外，linux平臺將用戶設備的串口通訊協議(包括rs232/rs485)、can-bus總線協議轉換為列車以太網通訊標準(包括高鐵、動車、地鐵、輕軌等)的以太網協議(如iec61375-2-3trdp協議)，并實現用戶設備對列車以太網的接入，使用戶應用數據能與列車主控系統實現高效的以太網傳輸，保證了列車正常運行。而且linux平臺具有以下軟核技術特點：(1)基于實時linux操作系統，其自帶的成熟穩定以太網協議棧，不死機、耐攻擊、通訊質量極為可靠；(2)軟件實現了串口/can/以太網驅動層、trdp協議層、應用層的分離，可以非常方便進行各種應用的組合和修改；(3)獨創的“鏈路穿透”技術，實現了在正常列車以太網應用通訊的同時，可以支持ftp訪問，以便于用戶設備的軟件升級，節省了設備軟件升級時拆裝成本。

本舉例中的a7芯片是型號為mcimx6g2cvm05aa的微處理器，具有高性能、低功耗、小尺寸等優點，以14x14和9x9mapbga形式封裝，適合低功耗和空間受限的應用場合。其次，該微處理器具有硬件加密引擎、篡改檢測和動態dram加密/解密等內置功能，可以使客戶面向高度安全的應用進行設計。最后，微處理器優化了管腳，可以用四層pcb板進行設計，進一步節省成本。

作為本實施例的一種舉例，參見圖3，圖3是本發明提供的以太網收發器的一種實施例的電路結構示意圖。如圖3所示，以太網收發器4包括型號為dp83848的phy芯片。phy芯片分別與a7芯片的數據線和地址線連接。該型號的phy芯片為百兆以太網phy，使用3.3v電源供電，選用ldo方案。而且該phy芯片采用0.18μmcmos技術、rmii接口設計(dp83848帶mii/rmii/sni配置可選)、48腳lqfp封裝和3.3vmac接口，具有低功耗和支持hpauto-midx等功能。而為了保證以太網通信穩定，dp83848和arm核心板之間連接信號的pcb走線作等長等處理。

作為本實施例的一種舉例，參見圖4，圖4是本發明提供的鐵路實時以太網trdp網關的另一種實施例的電路結構示意圖。如圖4所示，該trdp網關還包括：網絡隔離變壓器6、電源電路7、復位電路8和tf卡接口9。其中，網絡隔離變壓器6連接在以太網收發器4和以太網總線接口5之間。arm核心板1分別與電源電路7、復位電路8、tf卡接口9連接。

參見圖5，圖5是本發明提供的網絡隔離變壓器的一種實施例的電路結構示意圖。如圖5所示，網絡隔離變壓器連接在以太網收發器和和以太網總線接口之間。網絡隔離變壓器包括型號為tf1102p的控制芯片。該控制芯片對以太網總線通信有信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、信號雜波抑制和高電壓隔離等作用；可以增強信號，使其傳輸距離更遠；使芯片端與外部隔離，抗干擾能力大大增強，而且對芯片增加了很大的保護作用(如雷擊)；當接到不同電平(如有的phy芯片是2.5v，有的phy芯片是3.3v)的網口時，不會對彼此設備造成影響。

參見圖6，圖6是本發明提供的電源電路的一種實施例的電路結構示意圖。如圖6所示，本發明的電源電路采用的tlv62565開關穩壓電源，具有使用簡單、效率高、轉換壓差大、電流輸出能力強、發熱量小的特點。

參見圖7，圖7是本發明提供的復位電路的一種實施例的電路結構示意圖。而本發明的arm核心板1上已經集成了看門狗復位功能，1.6秒內不進行喂狗動作，則硬件看門狗強行復位處理器，這樣可以保證系統意外崩潰時能自行恢復。

參見圖8，圖8是本發明提供的tf卡接口的一種實施例的電路結構示意圖。tf卡接口9用于tf存儲卡的接入。

由上可見，本發明實施例提供的基于linux平臺的鐵路實時以太網trdp網關，包括核心板、uart接口、can接口、以太網收發器和以太網總線接口；其中，arm核心板裝載有linux平臺，而且arm核心板用于根據trdp協議，實現車載設備和列車通信網的數據傳輸。相比于現有技術使用mcu芯片自帶的以太網協議棧實現以太網通信，本發明通過linux平臺實現trdp軟核協議棧獨立于mcu運作，不再需要在物理層增添硬件設備，能與主tcms網絡進行通信，滿足鐵路以太網對實時性的要求。另外，通過本發明的trdp網關實現以太網數據傳輸，能優化mcu芯片的網絡功能，釋放其內存，而且無需考慮具體硬件和軟件的開發成本，縮短產品的開發時間，便于產品更新。

進一步的，本發明的trdp網關支持pd模式、dns、ttdb，本發明使用linux軟核trdp協議棧替代芯片自帶的以太網協議棧，可以保證us級別的組播廣播接收，便于和主控tcms連接通訊，對比使用芯片自帶的以太網協議棧的以太網通訊，本發明實施案例的實時性提高了10倍以上。采用本發明實施例能實現鐵路實時trdp以太網，解決目前鐵路實時以太網linux軟件的trdp網關的空白問題。

進一步的，本發明采用linux軟核協議，能避免軟核協議棧所面臨的病毒入侵、網絡癱瘓等隱患，網絡攻擊不會對mcu中的主程序產生影響，增加了mcu工作的安全性。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。