基于SOPC的車輛息線控制器設計方案

引 言

　　基于分布式控制的MVB(多功能車輛總線)是IEC61375-l(1999)TCN(列車通信網絡國際標準)的推薦方案，它與WTB(絞線式列車總線)構成的列車通信總線具有實時性強、可靠性高的特點。MVB作為快速的過程控制優化的總線，能提供最佳的響應速度.是主要用于有互操作性和互換性要求的互聯設備之間的串行數據通信總線，適合用作車輛總線，對于固定編組的列車，MVB也可以用作列車總線，如圖1所示。

　　隨著系統集成技術的不斷成熟，出現了一種新興的產業，即IP(Intellcctual Property，知識產權)產品及模塊化設計。在集成電路設計中，IP特指可以通過知識產權貿易，在各設計公司間流通的實現特定功能的電路模塊。IP核的奉質特征是可鶯用性，通常滿足良好的通用性、可移植性及絕對正確3個基本特征，是未來SOPC(System OnProgrammable Chit))設計的核心。要使SOPC設計成功，就要更多地采用知識產權(IP)復用，以快速地完成設計，得到價格低廉的硅器件，從而滿足市場需求。

　　筆者對國外傳統MVB通信控制器芯片MVBC以及MVB底層通信協議進行了深入的研究，在此基礎上設計了自主知識產權的MVB總線訪問IP核，并利用SOPC技術設計了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。它獨立于物理層和功能設備，為總線上的各個設備提供通信接口和通信服務。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總線上最先進的通信控制器。MVBC內部結構如圖2所示。

　　MVBC用于將來自MVB總線的串行位信號轉換為并行的數據字節，把需發送的字節交由串行化電路發送到傳輸介質上，實現數據鏈路層以及部分傳輸層的數據處理，并通過通信存儲器與上層軟件交互。總線控制器內部包含編解碼電路和控制通信存儲器所需的邏輯電路，用來控制幀的發送和接收(如沖突檢測、幀的前導比特處理和CRC校驗位的處理等)。

　　2 MVB總線訪問IP核的實現

　　總線訪問IP核用于代替現有MVB網卡的MVBC芯片實現應用的功能，由此IP核結合物理層的總線收發器完成總線訪問。總線訪問IP核可分為物理層、數據鏈路層和與應用層的接口3部分。

　　①物理層：實現基帶曼徹斯特Biphase-L編解碼，介質冗余處理，介質安裝單元接口，以及用于輸入解碼的數字鎖相環的設計。

　　②數據鏈路層：包括尋址方式，F-code(功能代碼)的生成，主從設備幀內容的填充以及介質訪問控制(MAC)等。

　　③與應用層的接口：通常采用共享存儲器的方法，需要完成端口的定義與維護、通信存儲器的控制等，其邏輯框圖如圖3所示。

　　2.1 MVB幀結構

　　在MVB中有兩種幀格式：一種是只能由總線主設備發送的主設備幀，簡稱“主幀”;另一種是為響應主幀而由從設備發送的從設備幀，簡稱“從幀”。一個幀以9位定界符開始，主設備幀分界符和從設備幀分界符對于防止同步失敗是不相同的。圖4為MVB主從幀結構圖。

　　2.2 MVB幀發送器

　　MVB總線數據以幀為基本單位，數據幀采用了曼徹斯特碼傳輸。編碼器和解碼器不只是進行曼徹斯特編解碼，幀頭幀尾的特殊編解碼也需要在這里進行，采用傳統的曼徹斯特編解碼器將無法完成此項工作。在本設計中，采用結合收發器的狀態機具體狀態進行編解碼設訃的方法解決這一問題。MVB幀發送器通過控制邏輯模塊，調用曼徹斯特編碼與CRC校驗模塊，通信存儲單元模塊完成緩沖區數據的發送。

　　下面說明發送器的狀態機FSM(Finite State Machine)的設計。發送器的一項主要功能是實現并串轉換和組幀。MVB總線數據在收到發送置位信號后開始進行數據發送;當數據存入通信存儲單元后，等待控制邏輯模塊的置位信號;然后進入幀的發送狀態，通過時鐘信號的觸發完成各個狀態之問的轉移，實現一組有效的幀數據發送。發送器的狀態機FSM如圖5所示。