【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轨道交通，尤其涉及一种列车用串并行通信协议转tsn网络系统及方法。
技术介绍
1、传统以太网技术在列车控制领域的推广应用，不仅提升了轨道车辆网络在大带宽、高速率、智能化等方面的优势，也促进了列车多网融合，减少了列车网络系统中通信设备的种类和数量。
2、但传统以太网本质上是一种不可靠的传输通信方式，其数据传输的实时性和可靠性都无法得到保证。tsn(时间敏感网络)技术是在传统以太网上的基础上发展的一种具有低延时、低抖动的高实时特性和具有可靠性传输的通信方式，其将控车网络的关键数据流和pis音频等非关键数据流融合在同一个tsn网络中，通过时间同步和基于时间的队列调度实现了数据可靠精准传输。tsn网络的部署必然要求各子系统都接入tsn网络中，而列车内诸多子系统(如牵引、制动、烟火等)的控制器仍然是低性能的mcu处理器，其支持的spi协议、can协议或并口通信协议无法将数据直接传入tsn控车网络中。
3、现有技术中的解决方案通常是先将子系统的mcu数据通过对应转接装置转化为非tsn的标准以太网数据，然后再设计开发另一特定的tsn网络接入设备将非tsn的标准以太网数据转化为tsn网络数据接入tsn网络，这种解决方案不仅增加了列车网络系统的成本，还难以保证关键子系统数据的实时性。此外，由于各子系统控制器使用的通信协议不统一，针对某单一子系统开发特定的tsn网络接入设备又会造成整个列车网络系统装置过于冗余，增加了列车网络系统系统的成本。
技术实现思路
1、本专
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种列车用串并行通信协议转tsn网络系统，包括tsn网络、列车子系统和tsn转接装置；
4、其中，tsn网络包括tsn交换机；
5、列车子系统支持spi协议、can协议或并口通信协议；
6、tsn转接装置包括soc芯片和phy芯片；
7、soc芯片运行有li nux系统、通信及数据转化应用程序和时间同步应用程序；
8、soc芯片包括serdes接口和子系统通信接口，子系统通信接口包括第一io接口、第二io接口和并行接口；第一io接口支持spi协议，第二io接口支持can协议，并行接口支持并口通信协议；serdes接口与phy芯片连接，第一io接口、第二io接口和并行接口中任意一个与支持对应通信协议的列车子系统连接；
9、soc芯片用于通过子系统通信接口读取使用对应通信协议的子系统数据，对子系统数据进行重写，将子系统数据封装为以太网数据帧后，对自身与tsn网络进行时间同步，并在时间同步后基于以太网数据帧的头部信息将以太网数据帧发送至对应的出口队列，通过对应的出口队列将以太网数据帧发送至phy芯片；
10、phy芯片包括多个扩展网口，每一拓展网口均与tsn交换机连接，且每一拓展网口均对应一出口队列；phy芯片用于接收soc芯片发送的以太网数据帧，通过以太网数据帧所在出口队列对应的拓展网口，将以太网数据帧发送至tsn网络。
11、本专利技术一些实施例中，soc芯片还包括cpu核心模块、switch核心模块和cpu端口通道；
12、cpu核心模块用于通过第一io接口、第二io接口或并行接口读取使用spi协议、can协议或并口通信协议的子系统数据；
13、cpu端口通道用于从cpu核心模块提取子系统数据，对子系统数据进行重写，将子系统数据封装为以太网数据帧后注入至switch核心模块；
14、switch核心模块用于在接收cpu端口通道注入的以太网数据帧后，对自身与tsn交换机进行时间同步，并在时间同步后基于以太网数据帧的头部信息将以太网数据帧发送至对应的出口队列，通过对应的出口队列将以太网数据帧发送至phy芯片。
15、本专利技术一些实施例中，cpu端口通道包括重写器，重写器用于编辑子系统数据的头部信息，在头部信息中添加tsn网络信息，并将子系统数据封装为以太网数据帧；tsn网络信息包括以太网协议头、源mac地址、目标mac地址、vlan标签和精准时间协议时间戳。
16、本专利技术一些实施例中，tsn转接装置还包括cpc i连接器，cpc i连接器包括spi协议引脚、can协议引脚和并口通信协议引脚；
17、第一io接口通过spi接口通讯线连接至spi协议引脚，第二io接口通过can接口通讯线连接至can协议引脚；并行接口通过p i接口通讯线连接至并口通信协议引脚；
18、列车子系统与cpc i连接器接入同一底板实现链路连接。
19、本专利技术一些实施例中，tsn转接装置还包括外围电路，外围电路通过soc芯片上对应的接口与soc芯片连接，用于支持soc芯片功能的实现以及对soc芯片进行调试。
20、本专利技术一些实施例进一步提供一种列车用兼容串并行通信协议转tsn网络方法，包括以下步骤：
21、s1：连接tsn转接装置与列车子系统、tsn交换机；
22、s2：soc芯片运行通信及数据转化应用程序，通过第一io接口、第二io接口或并行接口读取使用对应通信协议的子系统数据，对子系统数据进行重写，将子系统数据封装为以太网数据帧；soc芯片对自身与tsn网络进行时间同步，并基于以太网数据帧的头部信息将以太网数据帧发送至对应的出口队列，通过对应的出口队列将以太网数据帧发送至phy芯片；
23、s3：phy芯片接收soc芯片发送的以太网数据帧，通过以太网数据帧所在出口队列对应的拓展网口，将以太网数据帧发送至tsn网络。
24、本专利技术一些实施例中，步骤s2具体包括以下步骤：
25、cpu核心模块在用户态读取第一io接口、第二io接口或并行接口寄存器中的子系统数据，并暂存至预定内存缓冲区；
26、cpu端口通道从预定内存缓冲器提取子系统数据，对子系统数据进行重写，将子系统数据封装为以太网数据帧后注入至switch核心模块；
27、switch核心模块接收cpu端口通道注入的以太网数据帧后，对自身与tsn交换机进行时间同步，并在时间同步后基于以太网数据帧的头部信息将以太网数据帧发送至对应的出口队列，通过对应的出口队列将以太网数据帧发送至phy芯片。
28、本专利技术一些实施例中，步骤s2中，对子系统数据进行重写的方法包括以下步骤：
29、使用cpu端口通道内部的rewr iter重写器编辑子系统数据的头部信息，在头部信息中添加tsn网络信息，并将子系统数据封装为以太网数据帧；tsn网络信息包括以太网协议头、源mac地址、目标mac地址、vlan标签和精准时间协议时间戳。
30、本专利技术一些实施例中，步骤s2中，进行时间同步的方法包括以下步骤：
31、将tsn转接装置与tsn交换机定义在同一ptp域内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种列车用串并行通信协议转TSN网络系统，其特征在于，包括：TSN网络、列车子系统和TSN转接装置；
2.根据权利要求1所述的列车用串并行通信协议转TSN网络系统，其特征在于，所述SOC芯片还包括cpu核心模块、switch核心模块和cpu端口通道；
3.根据权利要求2所述的列车用串并行通信协议转TSN网络系统，其特征在于，所述cpu端口通道包括重写器，所述重写器用于编辑所述子系统数据的头部信息，在所述头部信息中添加TSN网络信息，并将所述子系统数据封装为以太网数据帧；所述TSN网络信息包括以太网协议头、源MAC地址、目标MAC地址、VLAN标签和精准时间协议时间戳。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的列车用串并行通信协议转TSN网络系统，其特征在于，所述TSN转接装置还包括CPCI连接器，所述CPCI连接器包括SPI协议引脚、CAN协议引脚和并口通信协议引脚；
5.根据权利要求1-3任意一项所述的列车用串并行通信协议转TSN网络系统，其特征在于，所述TSN转接装置还包括外围电路，所述外围电路通过所述SOC芯片上对应的接口与所
6.一种列车用兼容串并行通信协议转TSN网络方法，采用权利要求1-5任意一项所述的列车用串并行通信协议转TSN网络系统，其特征在于，包括以下步骤；
7.根据权利要求6所述的列车用兼容串并行通信协议转TSN网络的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
8.根据权利要求6或7所述的列车用兼容串并行通信协议转TSN网络方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述子系统数据进行重写的方法包括以下步骤：
9.根据权利要求6或7所述的列车用兼容串并行通信协议转TSN网络方法，其特征在于，所述步骤S2中，进行时间同步的方法包括以下步骤：
10.根据权利要求6所述的列车用兼容串并行通信协议转TSN网络方法，其特征在于，所述步骤S1还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种列车用串并行通信协议转tsn网络系统，其特征在于，包括：tsn网络、列车子系统和tsn转接装置；
2.根据权利要求1所述的列车用串并行通信协议转tsn网络系统，其特征在于，所述soc芯片还包括cpu核心模块、switch核心模块和cpu端口通道；
3.根据权利要求2所述的列车用串并行通信协议转tsn网络系统，其特征在于，所述cpu端口通道包括重写器，所述重写器用于编辑所述子系统数据的头部信息，在所述头部信息中添加tsn网络信息，并将所述子系统数据封装为以太网数据帧；所述tsn网络信息包括以太网协议头、源mac地址、目标mac地址、vlan标签和精准时间协议时间戳。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的列车用串并行通信协议转tsn网络系统，其特征在于，所述tsn转接装置还包括cpci连接器，所述cpci连接器包括spi协议引脚、can协议引脚和并口通信协议引脚；
5.根据权利要求1-3任意一项所述的列车用串并行通信协议转ts...
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，刘道学，彭兴伟，朱游龙，张中豪，赵婧，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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