列車以太網(wǎng)接口方案

　　國內(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等列車控制總線對比，有什么優(yōu)缺點呢？

　　IEC61375-3-4-2014中規(guī)定了列車通信網(wǎng)絡（Train communication network TCN）中以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡（Ethernet Consist Network ECN）的標準。此標準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)絡類型

　　但由于以太網(wǎng)本身的物理層、鏈路層、協(xié)議棧的復雜性，導致其可靠性、網(wǎng)絡失效影響和魯棒性還都在驗證中，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通訊對比，如表1所示。

　　表1 TCN幾種通訊方式對比

　　MVB總線CANopen總線實時以太網(wǎng)

　　最高波特率1.5Mbps1Mbps100Mbps

　　實用波特率1.5Mbps250kbps100Mbps

　　實用通訊距離小于200米小于200米小于100米

　　拓撲結(jié)構(gòu)總線型，分支長度小于10cm總線型，分支長度小于6米交換機星型結(jié)構(gòu)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)，點對點通訊不大于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)絡節(jié)點物理數(shù)量321101對1

　　數(shù)據(jù)吞吐量1個節(jié)點傳輸256位數(shù)據(jù)需要336us1個節(jié)點傳輸256位數(shù)據(jù)需要1.875ms1個節(jié)點傳輸256位數(shù)據(jù)需要100us

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

　　時間可預測性可以預測不可預測可以預測

　　節(jié)點突發(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)難度較大簡單較大

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

　　成熟度非常成熟較為成熟目前用于非控制場合

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

　　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比。

　　網(wǎng)卡一般采用廣州致遠電子股份有限公司的ZNE-100TL+模塊的。可以輕松地使用主控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

　　? 10/100M自適應以太網(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)應用程序進行二次開發(fā);

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

　　 支持AT命令配置;

　　 支持遠程配置.