詳解列控中心與ZPW-2000軌道電路接口

概述

列控中心（TCC）與ZPW-2000系列軌道電路接口采用CAN總線通信，連接TCC和軌道電路通信接口單元。

TCC向ZPW-2000系列軌道電路發(fā)送載頻和低頻編碼等信息，ZPW-2000系列軌道電路向TCC發(fā)送軌道區(qū)段狀態(tài)等信息。

通過該接口實(shí)現(xiàn)軌道編碼控制和軌道占用狀態(tài)獲取。

總線特點(diǎn)

TCC通過CAN總線與軌道電路通信接口單元（以下簡稱通信接口單元）連接。通信接口單元成對冗余配置，每對通信接口單元對應(yīng)最多控制10個(gè)軌道電路區(qū)段。

01

遵從CAN2.0B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

CAN（Controller Area Network）是一種用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中通信的串行通信總線協(xié)議，由德國BOSCH公司于1986年開發(fā)。CAN總線協(xié)議廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

CAN2.0B是CAN協(xié)議的一種擴(kuò)展協(xié)議，也稱為CAN 2.0（Bosch）協(xié)議。

02

使用擴(kuò)展結(jié)構(gòu)格式

CAN2.0B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)支持兩種幀格式：標(biāo)準(zhǔn)幀格式（11位標(biāo)識(shí)符）和擴(kuò)展幀格式（29位標(biāo)識(shí)符）。

TCC與軌道電路通信接口單元采用擴(kuò)展幀格式進(jìn)行通信。對比實(shí)際擴(kuò)展幀格式和協(xié)議描述：

其中FF可以理解為識(shí)別符擴(kuò)展位，即標(biāo)準(zhǔn)幀為顯性"0",擴(kuò)展幀為隱性“1”。

RTR為遠(yuǎn)程標(biāo)志位，遠(yuǎn)程幀為隱性“1”，數(shù)據(jù)幀為顯性“0”。

DLC為數(shù)據(jù)長度，使用4位二進(jìn)制描述0-8個(gè)字節(jié)長度。

其余內(nèi)容均根據(jù)實(shí)際應(yīng)用特征定義。

03

通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型

總線通信采用分時(shí)間片，主從式同步傳送方式，只允許由主節(jié)點(diǎn)到從節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)，不允許從節(jié)點(diǎn)之間互相傳送信息。

我們知道CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)優(yōu)勢就是仲裁機(jī)制，即數(shù)據(jù)以電平形式在CAN總線傳輸過程中，按位優(yōu)先顯示顯性（低電平“0”）然后再顯示隱形（高電平“1”），那么為什么還要采用分時(shí)間片的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞呢？

實(shí)際上仲裁機(jī)制確實(shí)可以實(shí)現(xiàn)1個(gè)主節(jié)點(diǎn)（TCC）和n個(gè)從節(jié)點(diǎn)（通信接口單元）通信方式，但是除通信鏈路兩端收發(fā)節(jié)點(diǎn)外，會(huì)引入其他節(jié)點(diǎn)參與仲裁判斷，無形中增加了鏈路故障點(diǎn)。除此外，仲裁產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信延時(shí)也是很難控制的，會(huì)使得通信數(shù)據(jù)過程難以追蹤，不便于總線調(diào)試和維護(hù)。

04

通信速率為1Mbit/s

CAN2.0B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到1Mbps，高于CAN2.0A協(xié)議的500Kbps。

05

軌道電路通信接口單元地址分配

這里的地址（ADR）是指，軌道電路通信接口單元識(shí)別的GPIO硬線信號(hào)。

相同的通信接口單元通過讀取不同的硬線地址信號(hào)，確定發(fā)送CAN通信數(shù)據(jù)中的地址內(nèi)容。

06

地址碼和屏蔽碼

CAN總線通信中主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)采用1對多方式，而從節(jié)點(diǎn)之間是不允許相互傳送信息的。那么總線節(jié)點(diǎn)就需要有一種能夠過濾總線無效信息，只接收所需信息的方法。

是不是可以通過在應(yīng)用程序中對接收到的信息進(jìn)行識(shí)別，只保留需要的信息呢？

這樣是不行的，當(dāng)總線數(shù)據(jù)較少，且通信周期充裕時(shí)，或許可以嘗試。但當(dāng)總線數(shù)據(jù)周期占用率很高，而單節(jié)點(diǎn)所需數(shù)據(jù)在周期內(nèi)占比又很低的情況時(shí)。通過應(yīng)用來處理大量的無用數(shù)據(jù)就會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行非常低效，而且會(huì)占用很多的軟件中斷資源，所以在處理CAN數(shù)據(jù)時(shí)很少使用這種方式。

而采用CAN控制器中的屏蔽寄存器設(shè)置同樣可以實(shí)現(xiàn)過濾效果，而且通過硬件實(shí)現(xiàn)過濾，能夠使處理過程更加高效。

ACR寄存器是用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)屏蔽設(shè)置，AMR寄存器是用于實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)屏蔽。

CAN節(jié)點(diǎn)在設(shè)置ACR值和AMR值之后，當(dāng)AMR值對應(yīng)位為“0”時(shí)，該節(jié)點(diǎn)只能接收與ACR該位的值相同的地址，而當(dāng)AMR值對應(yīng)位為“1”時(shí)，該節(jié)點(diǎn)將屏蔽ACR該位值，即該位可以是“0”或“1”的地址。

例如：列控1系CPU1的ACR值0x8000 FFFF，AMR值0x7FFF 0000，那么列控1系CPU1可以接收地址ID1、ID2為0b1*** **** **** ****的所有數(shù)據(jù)。

通信接口單元 0 槽號(hào) 0 CPU1的ACR1值0b0001 0111，AMR1值0b0110 1000，那么該CPU只能接收地址ID2為0b0**1 *111的數(shù)據(jù)。

07

數(shù)據(jù)幀類型

TCC與通信接口單元的數(shù)據(jù)幀類型總共有三種：

a) TCC→通信接口單元（同步幀）

用于告知各從節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間基準(zhǔn)，各從節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到同步幀的時(shí)刻起依次延時(shí)固定毫秒后發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。

b) TCC→通信接口單元（編碼數(shù)據(jù)幀）

TCC每周期固定向各個(gè)通信接口單元依次發(fā)送編碼數(shù)據(jù)幀，發(fā)送完畢后發(fā)送一幀同步幀。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括主軌道載頻、小軌道載頻、主軌道低頻、小軌道低頻。

c) 通信接口單元→TCC（狀態(tài)數(shù)據(jù)幀）

通信接口單元在收到TCC發(fā)送的同步幀后根據(jù)所屬地址延時(shí)固定毫秒后，發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括主機(jī)主軌道狀態(tài)、并機(jī)主軌道狀態(tài)、主機(jī)小軌道狀態(tài)、并機(jī)小軌道狀態(tài)。

總線時(shí)序示意圖如下：

通信線纜端頭引腳定義

TCC側(cè)DB9引腳

軌道電路通信接口單元側(cè)引腳