本文介绍了MVB总线帧结构,并完成了用于网络连接的MVB总线访问IP核的设计。基于SOPC的设计思想,本文通过Quarters II软件平台的SOPC Builder设计工具,集成NiosII软核处理器与总线访问IP核,实现了满足MVB协议的I类网卡设计。
列车通信网络技术是铁路信息化的重要组成部分,特别是在现代列车控制系统中起着关键作用。MVB(Multifunction Vehicle Bus)作为一种广泛应用的车载网络协议,因其低复杂度和高可靠性,成为列车内部设备通信的标准之一。MVB遵循IEC-61375标准,构建了两级总线结构,包括WTB(Wire Train Bus)和MVB,两者通过网关相互连接,以实现列车内部设备间高效、可靠的通信。
SOPC(System on a Programmable Chip)技术在本文中被用来设计和实现一个符合MVB协议的I类网卡。SOPC允许在一个单一的芯片上集成多种功能,从而简化硬件设计,降低系统成本。通过Quartus II软件平台的SOPC Builder工具,设计者可以方便地集成各种IP核,例如处理器、存储器和其他定制逻辑,构建完整的片上系统。
本文详细介绍了基于SOPC的MVB网卡设计过程,核心是设计了一个MVB总线访问IP核。这个IP核涵盖了物理层、数据链路层和应用层的功能,包括基带曼彻斯特编解码、介质冗余处理、寻址、F-code生成、MAC控制等。IP核的实现不仅简化了硬件结构,也降低了开发难度。
在硬件结构方面,传统MVB网卡通常包含独立的处理器(如ARM)、存储系统和接口控制器。而本文提出的设计方案则采用Altera的NiosII软核处理器,将ROM、RAM和Traffic Memory集成在FPGA内部,与MVB总线访问IP核一起构成了一个高度集成的MVB网卡。这种设计大大减少了硬件组件,提高了系统集成度。
MVB帧结构是通信协议的核心,包括主帧和从帧两种类型,都以9位定界符开始,但分界符不同。MVB编码器和解码器负责数据的曼彻斯特编解码,同时处理帧头和帧尾的特殊编码。设计中,通过结合收发器的状态机来实现这一功能,确保了数据的正确传输和接收。
在数据校验方面,采用了CRC校验序列来保证数据的完整性,校验序列按照特定的多项式计算,并在数据前发送,所有8位数据取反发送,以提高抗干扰能力。
通信存储单元模块是MVB网卡中必不可少的部分,它提供了数据交换的临时存储空间,其大小取决于应用需求,通常需要8kbits到16kbits的存储容量。
基于SOPC的列车通信网卡设计通过集成化、软硬件协同的方式,实现了高效、可靠的MVB通信,这种设计思路为现代列车通信网络的优化提供了新的解决方案。