一種動車組用HDLC總線裝置的研制與應(yīng)用

摘 要：本文基于Z85C30芯片，研制了一種適用于CRH2型動車組HDLC總線裝置，可用于從列車總線上接收并發(fā)送數(shù)據(jù)。本文詳細(xì)介紹了該裝置的軟硬件設(shè)計。

關(guān)鍵詞：HDLC；Z85C30；動車組

中圖分類號：TP273.5

CRH2型動車組的車輛信息控制系統(tǒng)通過基于HDLC的車輛總線方式來傳送信息。該方式能充分保證車輛信息控制系統(tǒng)通信的高可靠性和強實時性。本文針對CRH2型動車組，設(shè)計了一種HDLC總線裝置，采用ZiLOG公司的串行通信控制器Z85C30芯片進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與其它設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

1 HDLC協(xié)議

HDLC協(xié)議是一種通用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，廣泛應(yīng)用于設(shè)備與設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。因能在同步網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)鏈路傳輸速率較高，采用CRC校驗機制，傳輸準(zhǔn)確性也大為提高。HDLC協(xié)議采用一個特殊的標(biāo)志字符“01111110”作為幀標(biāo)志，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的同步。如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容里包含了標(biāo)志字符，則須采用易于用硬件實現(xiàn)的“0比特插入法”，來保證標(biāo)志字符的唯一性。

2 Z85C30芯片介紹

Z85C30是一種串行通信控制芯片，具有A、B兩路數(shù)據(jù)通道，可以搭配8位或16位單片機。該芯片能夠完成串行到并行、并行到串行的轉(zhuǎn)換，還能夠處理異步格式、面向字節(jié)或比特的同步規(guī)程等。

Z85C30芯片主要性能如下：（1）同步速率：單片機設(shè)置為16MHz時鐘時，傳輸速率可以達4Mb/s；（2）異步性能：每個字符可設(shè)定為5、6、7或8位，支持奇或偶校驗；（3）字節(jié)同步性能：支持內(nèi)、外同步，自動CRC產(chǎn)生和測試；（4）HDLC性能：“0”的自動插入和刪除；報文間標(biāo)志的自動插入；可選NRZ、曼徹斯特等多種編/解碼方式；帶數(shù)字鎖相環(huán)。

Z85C30芯片引腳如圖1所示。

圖1 芯片功能圖

其中，D0～D7為數(shù)據(jù)地址總線管腳，用于傳送數(shù)據(jù)和指令。RD（———）、WR（———）為讀、寫信號管腳。CE（———）為片選信號管腳。A/B（————）為通道選擇信號管腳，該管腳為高電平表示選擇A通道，為低電平表示選擇B通道。D/C（————）為數(shù)據(jù)命令選擇信號管腳。該管腳為高電平表示數(shù)據(jù)傳送，為低電平表示命令傳送。INT（————）為中斷請求信號管腳。INTACK（————————）為中斷響應(yīng)信號管腳。IEI為中斷允許輸入管腳。IEO為中斷允許輸出管腳。TxD、RxD為串行總線數(shù)據(jù)管腳。TRxC（——————）、RTxC（——————）為發(fā)送和接收時鐘管腳。

3 硬件設(shè)計

本裝置的主處理器選擇高性能的AT89C51微處理器，外圍芯片設(shè)計采用CPLD芯片來產(chǎn)生邏輯控制信號，采用Z85C30芯片做串行通信控制。主處理器及外圍接口芯片的接口原理設(shè)計如圖2所示。

圖2 接口設(shè)計原理圖

地址信號線通過CPLD譯碼后，產(chǎn)生Z85C30芯片的選擇信號，同時也產(chǎn)生用于對串行通信進行控制的通道選擇信號和數(shù)據(jù)命令選擇信號。通過TxDA、RxDA、TxDB、RxDB四個芯片管腳，可以外接2路HDLC總線。

4 軟件設(shè)計

對Z85C30芯片而言，當(dāng)通過軟件將D/C（————）管腳設(shè)置為高電平時，單片機就能直接讀取接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計過程中，在讀寫Z85C30芯片的寄存器時需注意，讀寄存器（WR0和RR0寄存器除外）時需要先進行一次寫操作，再進行一次讀操作。寫寄存器（WR0和RR0寄存器除外）時同樣需要進行兩次連續(xù)的寫操作。編寫軟件時，首先要對Z85C30芯片進行寄存器初始化，即對各寄存器依據(jù)所選擇模式賦初始值。

完成初始化后，就可以打開中斷，開始數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。

發(fā)送時，Z85C30將要發(fā)送的信息與發(fā)送標(biāo)志字符、地址場、控制場等信息封裝成幀后放入緩沖區(qū)后，自動發(fā)送。接收時，將裝置設(shè)置為搜尋模式，就能自動搜尋同步標(biāo)識。當(dāng)檢測到標(biāo)識“01111110”時，就會認(rèn)為下一個字節(jié)為地址場字節(jié)。對除了標(biāo)志字符和異常結(jié)束標(biāo)識外的其它數(shù)據(jù)字段，當(dāng)Z85C30芯片發(fā)現(xiàn)有連續(xù)的5個“1”出現(xiàn)，且其后一個比特為“0”，會自動刪除“0”，這樣就能把接收到的數(shù)據(jù)按照HDLC協(xié)議，還原為原始發(fā)送數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種動車組用HDLC總線裝置的設(shè)計，詳述了硬件接口設(shè)計和軟件編程要點。裝置目前在CRH2型動車組上進行了樣車裝車，能完成穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

參考文獻：

[1]Zilog Inc.SCC/ESCC User’s Manual，2001.

作者簡介：李寧（1980.02-），男，山東煙臺人，高級工程師，博士，研究方向：試驗技術(shù)、測試技術(shù)；張志強（1969.09-），男，黑龍江齊齊哈爾人，高級工程師，研究方向：試驗技術(shù)、測試技術(shù)；賀竹林（1981.11-），男，山東日照人，工程師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)一致性；熊頡（1973.12-），男，湖南岳陽人，教授級高級工程師，研究方向：測試裝備及技術(shù)；夏應(yīng)貴（1974.07-），男，湖南常德人，高級工程師，研究方向：測試裝備及技術(shù)。

作者單位：南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東青島 266111；株洲南車時代電氣股份有限公司，湖南株洲 412001