基于PC104/CAN总线的列车控制系统通信卡设计

　　0 引言

　　列车微机控制系统的数据通信网络主要用于传输列车运行时的控制命令、状态、管理信息。以及故障诊断及显示信息等。随着世界铁路市场需求的变化和技术的进步，铁路机车车辆工业对车载数据通信网提出了新的需求，以期建立一个用于铁路设备的标准数据通信平台。为此，国际电工委员会(IEC)历经10年的努力，制订了列车通信网(Train Communication Network)国际标准，简称TCN标准。TCN将整个列车微机控制系统的各层次以及各层次的各单元连接起来，作为系统信息交换和共享的渠道，从而实现全列车环境下的信息交换。列车通信网的应用，使得列车控制系统真正成为一个分布式控制系统，并为列车系统的信息化打下了基础。

　　1 列车微机控制系统的通信网络

　　按照TCN标准，列车通信网一般可由连接各个车辆的通信主干网和连接车辆(或固定编组的车辆单元)内部各种设备的通信子网组成。TCN标准中通常将列车主干网称为绞线式列车总线WTB(Wired Train Bus)，而将列车通信子网称为多功能车辆总线MVB(Multifunction Vehicle Bus)。图1给出了由这两种总线构成的列车通信网的网络拓扑结构。

　　2现场总线设备的选择

　　在TCN所定义的MVB设备类型中，有一类设备是没有处理器的，主要用于连接简单的传感器和执行器的现场设备，一般只参与过程数据的传输，不参与消息通信。鉴于这些设备的现场应用特点，可以将这些现场设备通过现场设备总线(简称现场总线)互连起来，以便通过网关作为车辆总线的设备连接到车辆总线上。在众多的现场总线中，CAN总线凭借独特的优势可被用作列车通信网的现场设备总线。事实上，在列车微机控制系统中，利用CAN总线在数据采集方面的简单性以及数据通信方面的实时性和灵活性，可以方便地对现场控制设备及各类传感器进行信息传输控制及状态数据的采集，从而简化车辆总线的某些功能。

　　3 CAN通信节点的硬件设计

　　在TCN网络中，CAN总线节点主要实现现场数据采集和数据通信两个功能，其中现场数据的采集是在列车微机控制系统中，将车辆总线上挂接的智能现场控制设备(即功能控制单元)的功能进一步分散化，即将其分成现场控制单元(设备)和现场I/O采集模块，并用CAN总线将其连成现场总线网络。其中现场控制单元是连接车辆总线和CAN总线的网关，I/O模块一方面对现场传感器信号进行采集及处理，并通过CAN总线接口输出至现场控制单元：另一方面又将通过车辆总线传输下来的控制命令等输出至相应的执行机构。I/O模块在某种程度上相当于为控制单元提供的带CAN总线接口的远端数据采集模块。