多功能車輛總線之MVB協議

　　隨著鐵路的快速發展，多功能車輛總線(MVB)協議作為列車通信網絡(TCN)的重要組成部分，其已經成為高速電力列車控制系統的關鍵技術，可用于列車狀態檢測、故障診斷以及車載設備開發和調試等操作。今天我們一起來深扒MVB協議。

　　1、MVB介紹

　　TCN是鐵路列車車輛之間和車輛內部可編程設備互聯傳送控制、檢測與診斷信息的數據通信網絡。MVB為多功能車輛總線，它是列車通信網TCN的一部分，TCN網絡由WTB+MVB構成。MVB是一種主要用于對有互操作性和互換性要求的互連設備之間的串行數據通信總線，它將位于同一車輛，或不同車輛中的標準設備連接到列車通信。其固定傳輸速率為1.5Mbit/s。

　　圖1列車通信網絡

　　列車通信網絡通常采用分層結構，根據列車控制的特點分為上下兩層，每一層根據不同的特性要求相應有不同適用局部網絡，包括列車總線層(WTB)和多功能車輛總線層(MVB)。車輛總線負責同一車廂內部各種可編程終端裝置的連接，列車總線負責不同車輛單元中的網絡節點連接。WTB和MVB是兩個獨立的通信子網。

　　圖2列車

　　MVB物理層提供三種不同的介質，它們以相同速率運行：

　　? ESD：電氣短距離傳送(≤20米)，標準的RS-485收發器，支持32個設備，適用于封閉小室內;

　　? EMD：電器中距離傳送(≤200米)，支持32個設備，屏蔽雙絞線，變壓器耦合;

　　? OGF：遠距離光學玻璃纖維介質(≤2000米)。

　　隨著MVB技術的不斷發展，MVB物理層介質主要以EMD為主。MVB各個總線段必需經由連接不同介質的中繼器將光纖匯入總線的星耦器兩種類型之一的耦合器相互連接。

　　2、MVB的數據幀結構

　　MVB的一次傳輸包括兩種類型幀：主幀+從幀，主幀的長度固定為33位，從幀的數據長度有5種：33、49、81、153和297，具體的數據幀結構如下圖3所示。

　　圖3 MVB拓撲結構

　　? MSD：幀起始分界符，MVB的信號編碼采用G.E.Thomas Andrew S.Tanenbaum的曼徹斯特編碼(從低到高為“0”，從高到低為“1”)傳輸數據。同時，MVB增加了兩個非數據符編碼：“NH”和“NL”，如圖4所示。

　　(幀起始分界符9bit可為：“起始位”，“NH”，“NL”，“0”，“NH”，“NL”，“0”，“0”，“0”);

　　圖4 MVB編碼機制

　　? SSD：從幀起始定界符;

　　? F_code：數據幀類型判斷符，數據類型分為：

　　“過程數據幀”：(F=0~4)，周期性數據，其從幀數據有16bit,32bit,64bit,128bit或者256bit;

　　“消息數據幀”：(F=12)，偶發性數據，其從幀數據有256bit;

　　“監督數據幀”：(F=8,9,13,14,15)，其從幀數據有16bit;

　　? Addr：地址位;

　　? Data：根據數據幀的不同，數據幀有效長度為16bit,32bit,64bit,128bit或者256bit;

　　? CheckSum：校驗序列;

　　? ED：分界符結束。

　　具體的數據序列結構如下圖5所示：

　　圖5 MVB數據序列

　　這里需要注意的是，線路信號在8位校驗序列完成后終止，終止分界符不占位，上圖5紅色箭頭所示。一個完整的主/從幀數據應包括起始分界符，(數據類型判斷符)，幀數據，校驗序列和終止分界符才算有效幀。

　　4、 實例應用與分析

　　(1) 現場模擬MVB車輛通信協議，使用致遠電子最新推出的“數據挖掘型”示波器ZDS4054 Plus，其免費標配MVB協議解碼功能，可對全內存512Mpts的數據進行解碼，且可對車輛通訊信號監測，每一幀數據的信息均可在事件表中進行查看，如下圖6所示：

　　圖6 MVB解碼

　　(2) 對長時間監測的數據進行異常分析，可在示波器的縮放模式下使用雙ZOOM多窗口顯示的功能，對信號進行多窗口異常監測和分析，可就某一個數據幀進行分析，也可對某一個上升沿的上升時間進行分析測量等，同時還可以實時觀測事件表中的數據變化，如下圖7所示。

　　圖7 MVB細節分析

　　(3) 當測試過程中監測到如下異常信號時可展開數據幀對其進行深度分析，在校驗序列之后發現解碼異常。

　　圖8 MVB異常分析

　　分析：

　　? 如上圖7所示，主幀數據后面的從幀數據有異常，懷疑從機設備無響應，導致解碼異常。

　　? 若MVB物理層使用RS485，建議用差分探頭，或是換個測量點，盡量避免使用三態信號來做協議分析。

　　注：針對大數據分析時，可將采集到的數據進行保存后使用上位機軟件進行離線分析。