列車以太網(wǎng)接口方案

　　國(guó)內(nèi)地鐵線路中有一些線路已經(jīng)和歐洲開始同步，在設(shè)備間配置以太網(wǎng)通訊。而列車中的以太網(wǎng)通訊和常用MVB、CANOpen、HDLC等列車控制總線對(duì)比，有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？

　　IEC61375-3-4-2014中規(guī)定了列車通信網(wǎng)絡(luò)（Train communication network TCN）中以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Consist Network ECN）的標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)制定的主要原因是目前列車通訊的數(shù)據(jù)量劇增，而傳統(tǒng)列車總線無法滿足大數(shù)據(jù)量傳輸，所以采用以太網(wǎng)通訊，可以滿足數(shù)據(jù)的傳輸要求。比如車載廣播系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、下載固件程序等。

　　圖1 列車TCN網(wǎng)絡(luò)類型

　　但由于以太網(wǎng)本身的物理層、鏈路層、協(xié)議棧的復(fù)雜性，導(dǎo)致其可靠性、網(wǎng)絡(luò)失效影響和魯棒性還都在驗(yàn)證中，故列車的主要控制系統(tǒng)還沒有大批量使用以太網(wǎng)作為主要控制通訊方式。以太網(wǎng)通訊和主流的MVB、CANopen通訊對(duì)比，如表1所示。

　　表1 TCN幾種通訊方式對(duì)比

　　MVB總線CANopen總線實(shí)時(shí)以太網(wǎng)

　　最高波特率1.5Mbps1Mbps100Mbps

　　實(shí)用波特率1.5Mbps250kbps100Mbps

　　實(shí)用通訊距離小于200米小于200米小于100米

　　拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型，分支長(zhǎng)度小于10cm總線型，分支長(zhǎng)度小于6米交換機(jī)星型結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊不大于100米

　　收發(fā)器類型ESD：MAX3088

　　EMD：MAX3088+隔離變壓器TJA1051T（非隔離）

　　CTM1051KT（隔離）以太網(wǎng)PHY芯片KSZ8041NL

　　+隔離變壓器

　　控制器類型MVBC02專用芯片

　　或者

　　FPGA嵌入?yún)f(xié)議棧SJA1000T

　　或者

　　MCU內(nèi)部自帶CANDM9000

　　或者

　　MCU內(nèi)部自帶以太網(wǎng)

　　網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)物理數(shù)量321101對(duì)1

　　數(shù)據(jù)吞吐量1個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸256位數(shù)據(jù)需要336us1個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸256位數(shù)據(jù)需要1.875ms1個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸256位數(shù)據(jù)需要100us

　　控制器穩(wěn)定性非常穩(wěn)定需要篩選汽車級(jí)芯片，以及進(jìn)行程序防護(hù)需要高效穩(wěn)定的協(xié)議棧以及外圍高防護(hù)

　　時(shí)間可預(yù)測(cè)性可以預(yù)測(cè)不可預(yù)測(cè)可以預(yù)測(cè)

　　節(jié)點(diǎn)突發(fā)發(fā)送不可以可以可以

　　設(shè)備成本中等便宜較高

　　開發(fā)成本較高中等較高

　　開發(fā)難度較大簡(jiǎn)單較大

　　應(yīng)用場(chǎng)合高鐵地鐵列車中關(guān)鍵性的控制信號(hào)低速的低地板車與輕軌的控制信號(hào)通訊列車中需要大流量傳輸?shù)男盘?hào)，比如視頻

　　成熟度非常成熟較為成熟目前用于非控制場(chǎng)合

　　可以看出，采用以太網(wǎng)接口主要優(yōu)點(diǎn)是傳輸大數(shù)據(jù)量時(shí)，可以減少傳輸時(shí)間，但是會(huì)增加布線成本、布線難度，以及以太網(wǎng)通訊由于極度依賴于交換機(jī)的穩(wěn)定性，一旦交換機(jī)死機(jī)或者損壞，全部節(jié)點(diǎn)將都無法通訊。

　　另外EMC（電磁兼容）也需要考慮，由于以太網(wǎng)速率極高，其EMI（電磁輻射）極大，所以要使用較好的屏蔽網(wǎng)線。

　　列車設(shè)備中的以太網(wǎng)接口包括帶鎖緊的RJ45頭、光纖接口、M12通訊電纜三種類型，如圖2所示。

　　圖2 以太網(wǎng)接口方式

　　根據(jù)《TCSN終端設(shè)備以太網(wǎng)接口規(guī)范》要求，提供控制器以太網(wǎng)通訊口接入方案。目前列車中大部分采用M12通訊電纜方式，可以保證較好的性價(jià)比。

　　網(wǎng)卡一般采用廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司的ZNE-100TL+模塊的?？梢暂p松地使用主控MCU的串口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口。

　　圖3 以太網(wǎng)模塊

　　功能特點(diǎn)

　　? 10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口;

　　? 支持AUTO MDI/MDIX，可使用交叉網(wǎng)線或平行網(wǎng)線連接;

　???? 工作方式可選擇TCP Server， TCP Client， UDP和 Real COM driver等多種工作模式，工作端口，目標(biāo)IP地址和端口均可設(shè)定;

　　? 提供通用配置函數(shù)庫，方便用戶使用VC、VB、Delphi和C++Builder開發(fā)應(yīng)用程序進(jìn)行二次開發(fā);

　　 支持虛擬串口工作方式，提供WINDOWS虛擬串口驅(qū)動(dòng)，讓用戶串口設(shè)備無逢升級(jí)至以太網(wǎng)通訊方式，無需修改原有串口軟件;

　　 支持AT命令配置;

　　 支持遠(yuǎn)程配置.