多功能車輛總線之MVB協(xié)議

　　隨著鐵路的快速發(fā)展，多功能車輛總線(MVB)協(xié)議作為列車通信網(wǎng)絡(luò)(TCN)的重要組成部分，其已經(jīng)成為高速電力列車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，可用于列車狀態(tài)檢測、故障診斷以及車載設(shè)備開發(fā)和調(diào)試等操作。今天我們一起來深扒MVB協(xié)議。

　　1、MVB介紹

　　TCN是鐵路列車車輛之間和車輛內(nèi)部可編程設(shè)備互聯(lián)傳送控制、檢測與診斷信息的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。MVB為多功能車輛總線，它是列車通信網(wǎng)TCN的一部分，TCN網(wǎng)絡(luò)由WTB+MVB構(gòu)成。MVB是一種主要用于對(duì)有互操作性和互換性要求的互連設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信總線，它將位于同一車輛，或不同車輛中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備連接到列車通信。其固定傳輸速率為1.5Mbit/s。

　　圖1列車通信網(wǎng)絡(luò)

　　列車通信網(wǎng)絡(luò)通常采用分層結(jié)構(gòu)，根據(jù)列車控制的特點(diǎn)分為上下兩層，每一層根據(jù)不同的特性要求相應(yīng)有不同適用局部網(wǎng)絡(luò)，包括列車總線層(WTB)和多功能車輛總線層(MVB)。車輛總線負(fù)責(zé)同一車廂內(nèi)部各種可編程終端裝置的連接，列車總線負(fù)責(zé)不同車輛單元中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接。WTB和MVB是兩個(gè)獨(dú)立的通信子網(wǎng)。

　　圖2列車

　　MVB物理層提供三種不同的介質(zhì)，它們以相同速率運(yùn)行：

　　? ESD：電氣短距離傳送(≤20米)，標(biāo)準(zhǔn)的RS-485收發(fā)器，支持32個(gè)設(shè)備，適用于封閉小室內(nèi);

　　? EMD：電器中距離傳送(≤200米)，支持32個(gè)設(shè)備，屏蔽雙絞線，變壓器耦合;

　　? OGF：遠(yuǎn)距離光學(xué)玻璃纖維介質(zhì)(≤2000米)。

　　隨著MVB技術(shù)的不斷發(fā)展，MVB物理層介質(zhì)主要以EMD為主。MVB各個(gè)總線段必需經(jīng)由連接不同介質(zhì)的中繼器將光纖匯入總線的星耦器兩種類型之一的耦合器相互連接。

　　2、MVB的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

　　MVB的一次傳輸包括兩種類型幀：主幀+從幀，主幀的長度固定為33位，從幀的數(shù)據(jù)長度有5種：33、49、81、153和297，具體的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如下圖3所示。

　　圖3 MVB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　? MSD：幀起始分界符，MVB的信號(hào)編碼采用G.E.Thomas Andrew S.Tanenbaum的曼徹斯特編碼(從低到高為“0”，從高到低為“1”)傳輸數(shù)據(jù)。同時(shí)，MVB增加了兩個(gè)非數(shù)據(jù)符編碼：“NH”和“NL”，如圖4所示。

　　(幀起始分界符9bit可為：“起始位”，“NH”，“NL”，“0”，“NH”，“NL”，“0”，“0”，“0”);

　　圖4 MVB編碼機(jī)制

　　? SSD：從幀起始定界符;

　　? F_code：數(shù)據(jù)幀類型判斷符，數(shù)據(jù)類型分為：

　　“過程數(shù)據(jù)幀”：(F=0~4)，周期性數(shù)據(jù)，其從幀數(shù)據(jù)有16bit,32bit,64bit,128bit或者256bit;

　　“消息數(shù)據(jù)幀”：(F=12)，偶發(fā)性數(shù)據(jù)，其從幀數(shù)據(jù)有256bit;

　　“監(jiān)督數(shù)據(jù)幀”：(F=8,9,13,14,15)，其從幀數(shù)據(jù)有16bit;

　　? Addr：地址位;

　　? Data：根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同，數(shù)據(jù)幀有效長度為16bit,32bit,64bit,128bit或者256bit;

　　? CheckSum：校驗(yàn)序列;

　　? ED：分界符結(jié)束。

　　具體的數(shù)據(jù)序列結(jié)構(gòu)如下圖5所示：

　　圖5 MVB數(shù)據(jù)序列

　　這里需要注意的是，線路信號(hào)在8位校驗(yàn)序列完成后終止，終止分界符不占位，上圖5紅色箭頭所示。一個(gè)完整的主/從幀數(shù)據(jù)應(yīng)包括起始分界符，(數(shù)據(jù)類型判斷符)，幀數(shù)據(jù)，校驗(yàn)序列和終止分界符才算有效幀。

　　4、 實(shí)例應(yīng)用與分析

　　(1) 現(xiàn)場模擬MVB車輛通信協(xié)議，使用致遠(yuǎn)電子最新推出的“數(shù)據(jù)挖掘型”示波器ZDS4054 Plus，其免費(fèi)標(biāo)配MVB協(xié)議解碼功能，可對(duì)全內(nèi)存512Mpts的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，且可對(duì)車輛通訊信號(hào)監(jiān)測，每一幀數(shù)據(jù)的信息均可在事件表中進(jìn)行查看，如下圖6所示：

　　圖6 MVB解碼

　　(2) 對(duì)長時(shí)間監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行異常分析，可在示波器的縮放模式下使用雙ZOOM多窗口顯示的功能，對(duì)信號(hào)進(jìn)行多窗口異常監(jiān)測和分析，可就某一個(gè)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行分析，也可對(duì)某一個(gè)上升沿的上升時(shí)間進(jìn)行分析測量等，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)觀測事件表中的數(shù)據(jù)變化，如下圖7所示。

　　圖7 MVB細(xì)節(jié)分析

　　(3) 當(dāng)測試過程中監(jiān)測到如下異常信號(hào)時(shí)可展開數(shù)據(jù)幀對(duì)其進(jìn)行深度分析，在校驗(yàn)序列之后發(fā)現(xiàn)解碼異常。

　　圖8 MVB異常分析

　　分析：

　　? 如上圖7所示，主幀數(shù)據(jù)后面的從幀數(shù)據(jù)有異常，懷疑從機(jī)設(shè)備無響應(yīng)，導(dǎo)致解碼異常。

　　? 若MVB物理層使用RS485，建議用差分探頭，或是換個(gè)測量點(diǎn)，盡量避免使用三態(tài)信號(hào)來做協(xié)議分析。

　　注：針對(duì)大數(shù)據(jù)分析時(shí)，可將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存后使用上位機(jī)軟件進(jìn)行離線分析。