一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備及數(shù)據(jù)交換方法
【專利摘要】一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備及數(shù)據(jù)交換方法，交換設備包括機箱、功能板、主控板、硬盤板、外設板、風扇、開關及狀態(tài)顯示面板、一體化上位機，通過一體化上位機，可配置各板卡上通信接口的地址。本發(fā)明可用于實現(xiàn)車載各電子設備信息流的順暢交互和有序控制。
【專利說明】_種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備及數(shù)據(jù)交換方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電子技術與車輛【技術領域】，具體描述的是一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備及數(shù)據(jù)交換方法。

【背景技術】
[0002]隨著車輛技術及電子技術的飛速發(fā)展，車輛的電子化程度不斷提高。以各類通信電臺、天線伺服、導航定位等為代表的車載應用設備，以及車輛儀表、液壓控制等車輛本身的電氣設備越來越多地采用了電子設備，使得電氣化車輛上的電子設備眾多、信息流復雜、設備之間難以互通。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，針對電氣化車輛上電子設備眾多、信息流復雜、設備之間難以互通的問題，提供了一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備及數(shù)據(jù)交換方法，通過上位機可靈活配置工作裝備，實現(xiàn)各類車載設備通信接口匹配、實時數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)存儲，并兼具定位授時功能的設備。
[0004]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0005]一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備，包括:機箱、背板、功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板、狀態(tài)顯示面板和一體化上位機。
[0006]背板、功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板和狀態(tài)顯示面板均安裝在機箱內(nèi)部。功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板和狀態(tài)顯示面板均通過PC1-E接口固定安裝在背板上，且開關面板和狀態(tài)顯示面板安裝在背板上的最外側的PC1-E接口上，機箱側壁與開關面板和狀態(tài)顯示面板對應的部位挖空，將開關面板和狀態(tài)顯示面板露出；一體化上位機通過RS-422串口與背板之間進行通信，背板將外部輸入+DC28V轉換為所述交換設備內(nèi)部所需直流電源；功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板和狀態(tài)顯示面板之間通過背板上的PC1-E總線進行通信。
[0007]狀態(tài)顯示面板上有多個LED燈，用于顯示背板、功能板、主控板、硬盤板和外設板的工作狀態(tài)。
[0008]硬盤板用于存儲電子數(shù)據(jù)交換中的關鍵信息，外設板為PC1-E轉CAN板卡、PC1-E轉1553B板卡、PC1-E轉USB板卡、PC1-E轉以太網(wǎng)板卡、PC1-E轉RS232/422/485板卡和擴展硬盤板卡中的一種或幾種。
[0009]開關面板上有多個按鈕開關，用于配置其它板卡的供電，開關面板上集成了風扇組件，對機箱內(nèi)部采用風冷的方式散熱。
[0010]功能板對背板、主控板、硬盤板和外設板進行復位，提供時鐘信號，主控板根據(jù)一體化上位機提供的外設板類型、通信地址以及時間位置基準，設置相應外設板的時間和位置基準，并控制該外設板進行電子數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換過程中，功能板根據(jù)一體化上位機提供的編碼格式對交換的電子數(shù)據(jù)進行組幀編碼，實現(xiàn)對電子數(shù)據(jù)的交換。[0011 ] 功能板包括FPGA、PowerPC、PROM、晶振、ADC芯片及DAC芯片。由FPGA實現(xiàn)接口協(xié)議轉換，提供時鐘信號，由PowerPC實現(xiàn)組幀編碼，實現(xiàn)對電子數(shù)據(jù)交換的上層控制；PR0M用于完成加載程序的存儲；晶振及ADC芯片和DAC芯片為系統(tǒng)提供頻率基準。
[0012]主控板包括FPGA芯片、DSP芯片、SDRAM和Flash。其中FPGA芯片為外設板提供時間和位置基準，DSP芯片控制外設板進行電子數(shù)據(jù)交換，SDRAM實現(xiàn)加載程序的存儲，F(xiàn)LASH實現(xiàn)斷電后數(shù)據(jù)及程序的存儲。主控板提供的時間位置基準具體為:時間基準包括日期和時間兩部分:日期用16個bit 二進制數(shù)表示，以“2000年I月I日”為“0000 0000 00000000”，累計天數(shù)；時間用48個bit 二進制數(shù)表示，以UTC時間當日O點作為0，累計ms數(shù)；位置基準包括位置信息與速度信息兩部分:位置信息包括WGS坐標系下的三方向位置，每個方向的位置信息用32個bit 二進制數(shù)表示；速度信息包括WGS坐標系下的三方向速度，每個方向的速度信息用32個bit 二進制數(shù)表示。
[0013]設備通過一體化上位機給出系統(tǒng)的控制信息，控制信息包括板卡開關、分配的通信地址等。各外設板卡的通信地址由上位機選定。上位機的控制信息編譯成程序加載在主控板內(nèi)。CAN總線數(shù)據(jù)、1553B總線數(shù)據(jù)、USB數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、串口數(shù)據(jù)在主控板的控制之下，完成電子數(shù)據(jù)的交換。
[0014]本發(fā)明基于數(shù)據(jù)交換設備，還提供了一種電子數(shù)據(jù)交換方法，步驟如下:
[0015](I)對所述電子數(shù)據(jù)交換設備進行+DC28V供電；
[0016](2)根據(jù)需求打開開關面板上相應板卡的按鈕開關，對該板卡進行供電；
[0017](3)通過狀態(tài)顯示面板上LED燈判斷所有加電的板卡是否處于正常狀態(tài)，如果處于正常狀態(tài)，則功能板對背板、主控板、硬盤板和外設板進行復位，提供時鐘信號，之后進入步驟(3)，否則停止；
[0018](4)通過上位機設定待工作外設板的通信地址；
[0019](5)通過上位機設定待工作外設板的類型；
[0020](6)主控板判定上位機設定的待工作外設板類型與實際外設板是否一致，若一致，則進行步驟(7)，若不一致，則返回步驟(5);
[0021](7)重復執(zhí)行步驟(4)?步驟￠)，對需要工作的所有外設板進行配置；
[0022](8)通過上位機給主控板提供時間位置基準，主控板根據(jù)所述時間位置基準配置所有需要工作的外設板的時間位置基準；主控板控制外設板啟動電子數(shù)據(jù)交換；電子數(shù)據(jù)交換過程中，功能板根據(jù)一體化上位機提供的編碼格式對交換的電子數(shù)據(jù)進行組幀編碼，硬盤板記錄電子數(shù)據(jù)交換的狀態(tài)，一體化上位機圖表化地顯示電子數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，完成電子數(shù)據(jù)交換；
[0023](9)通過一體化上位機停止電子數(shù)據(jù)交換；
[0024](10)關閉開關面板上相應板卡開關。
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是:
[0026](I)相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明通過配備相應的板卡實現(xiàn)了不同車載電子設備間不同通信接口的多通道實時電子數(shù)據(jù)交換，使得不同接口協(xié)議下的各型車載電子設備能夠互通；
[0027](2)相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明可通過一體化上位機配置各個通信站點的地址，實現(xiàn)面向不同應用場景下車載電子設備通信地址的重新分配；
[0028](3)本發(fā)明可為不同車載電子設備提供統(tǒng)一的時間與位置信息；
[0029](4)本發(fā)明可使得車輛操作人員能夠?qū)崟r掌握車內(nèi)電子數(shù)據(jù)交換狀態(tài)；
[0030](5)本發(fā)明可使得設備設計人員在調(diào)試情況下能夠靈活配置設備的工作狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明設備的結構示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明設備機箱內(nèi)部板卡插接關系示意圖；
[0033]圖3為功能板電路原理圖；
[0034]圖4為主控板電路原理圖；
[0035]圖5為電子數(shù)據(jù)交換流程圖；
[0036]圖6為設備使用流程圖。
[0037]具體實施實例
[0038]下面結合附圖和具體實施對本發(fā)明作進一步詳細的描述:
[0039]設備采用背板+插槽的設計方案:背板配備標準PC1-E插槽，其中3個插槽配備功能板卡、主控板卡、硬盤板卡，在其余插槽上使用PC1-E外設板卡實現(xiàn)相關的接口信息交互及存儲功能。具體可使用的PC1-E外設板卡包括PC1-E轉CAN板卡、PC1-E轉1553B板卡、PC1-E轉USB板卡、PC1-E轉以太網(wǎng)板卡、PC1-E轉RS232/422/485板卡、擴展硬盤板卡。
[0040]設備前、后面分別配備狀態(tài)指示面板、開關面板:設備前面板配置各板卡在位信息/開關信息等設備狀態(tài)指示燈，可以實時檢測設備狀態(tài)；后面板配置各板卡的獨立控制開關，實現(xiàn)對每一塊板卡的單獨開關。
[0041]上位機在機箱上部，與機箱一體化設計。采用上翻顯示器式一體化上位機，配置標準鍵盤與觸摸式鼠標，便于與車輛一體化設計。設備的用戶可通過上位機配置各外設板卡的開關狀態(tài)、各板卡上通信接口的地址。
[0042]設備使用28V直流供電。設備使用強制風冷散熱方式，通過在開關面板上設置可插拔風扇組件實現(xiàn)。設備機箱四角設置安裝螺栓孔。
[0043]圖1本為設備的結構示意圖。設備最上部為上翻顯示器式一體化上位機。該上位機的顯示器可以由前向后折疊打開，與設備機箱固聯(lián)的上位機主機配備標準鍵盤與觸摸式鼠標。用戶可通過上位機軟件配置各板卡的開關狀態(tài)、各板卡上通信接口的地址。機箱前部為標準RS232/422/485、以太網(wǎng)、USB、1553B、CAN接插件。機箱左側為設備狀態(tài)指示燈，每塊板卡的工作狀態(tài)采用如下方式表示:灰色表示板卡不在位，紅色表示該板卡沒有數(shù)據(jù)交換，綠色表示該板卡對外正在進行數(shù)據(jù)交換。機箱右側為設備開關面板，通過開關面板，可單獨配置各板卡的開關狀態(tài)。
[0044]機箱內(nèi)部板卡插接關系如圖2所示。機箱中的板卡包括背板、狀態(tài)顯示面板、功能板、主控板、硬盤板、集成風扇組件的開關面板各一塊，可選配的外設板9塊。
[0045]背板用于實現(xiàn)各板卡的固定、安裝、防護以及接線等，并通過背板之上的電源模塊實現(xiàn)對外部輸入+DC28V到內(nèi)部所需直流電源的轉換，并為其它各模塊提供工作電源及必要的過流、過壓、欠壓保護功能。背板與其它板卡之間通過PC1-E接口連接。背板與一體化上位機之間通過RS-422串口通信。
[0046]狀態(tài)顯示面板由LED燈及FPGA控制電路組成，用于顯示設備各板卡的工作狀態(tài)。狀態(tài)顯示面板采用LED燈實現(xiàn)設備相應狀態(tài)的顯示，通過背板提供相應板卡的工作狀態(tài)，通過FPGA控制電路實現(xiàn)相應LED燈的開關控制。
[0047]如圖3所示，功能板包括FPGA、PowerPC、PROM、晶振、ADC芯片及DAC芯片。PowerPC完成RS232/422/485、以太網(wǎng)、USB、1553B、CAN等協(xié)議之間的組幀編碼，將編碼后的數(shù)據(jù)幀送給FPGA ;通過FPGA產(chǎn)生復位信號和時鐘信號并輸出(提供給背板、主控板、硬盤板和外設板)，同時所述復位信號和時鐘信號還提供給ADC和DAC芯片，F(xiàn)PGA為晶振提供頻率基準，晶振據(jù)此形成本振信號提供給ADC和DAC芯片，同時FPGA將數(shù)據(jù)幀根據(jù)協(xié)議類型進行轉換，送給ADC和DAC芯片；最后由ADC和DAC芯片完成模數(shù)和數(shù)模轉換。
[0048]主控板負責外設板信息調(diào)度控制、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)流控制、系統(tǒng)工作時序等，如圖4所示，主控板包括FPGA、DSP、SDRAM和Flash。FPGA為外設板提供時間和位置基準，DSP芯片控制外設板進行電子數(shù)據(jù)交換，SDRAM實現(xiàn)加載程序的存儲，F(xiàn)LASH實現(xiàn)斷電后數(shù)據(jù)及程序的存儲。在上位機程序指定的時間，向本設備內(nèi)其它板卡或與本設備連接的其它車載電子設備提供時間與位置基準。時間基準包括日期和時間兩部分:日期用16個bit表示，以“2000年I月I日”為“0000 0000 0000 0000”，累計天數(shù)，如“2000年I月2日”表示為“0000 0000 0000 0001”;時間用48個bit表示，以UTC時間當日O點作為0，累計ms數(shù)，如當日UTC時間“00:00:00”以48個“O”表示。位置基準包括位置信息與速度信息兩部分:位置信息包括WGS坐標系下的三方向位置，每個方向的位置信息用32個bit表示；速度信息包括WGS坐標系下的三方向速度，每個方向的速度信息用32個bit表示。
[0049]硬盤板用于存儲電子數(shù)據(jù)交換中的關鍵信息，由大容量Flash和相應的FPGA控制電路組成，記錄設備所交換的電子數(shù)據(jù)。
[0050]外設板卡包括PC1-E轉CAN板卡、PC1-E轉1553B板卡、PC1-E轉USB板卡、PC1-E轉以太網(wǎng)板卡、PC1-E轉RS232/422/485板卡、擴展硬盤板卡。在背板中的9個外設板卡槽位中，可任意選用其中之一，實現(xiàn)相應格式的數(shù)據(jù)轉換與軟、硬件接口匹配。在本具體實施實例中，PC1-E轉CAN板卡、PC1-E轉1553B板卡、PC1-E轉USB板卡、PC1-E轉以太網(wǎng)板卡、PC1-E轉RS232/422/485板卡、擴展硬盤板卡各配置一塊，剩余3個槽位留空。
[0051]開關板使用按鈕開關配置各板卡的供電開關，通過FPGA控制電路實現(xiàn)開關的邏輯控制。開關板上集成了風扇組件，使設備能夠采用風冷的方式散熱。
[0052]圖5為本設備電子數(shù)據(jù)交換流程圖。設備通過一體化上位機給出系統(tǒng)的控制信息，控制信息包括板卡開關、分配的通信地址等。各外設板卡的通信地址由上位機選定，PC1-E轉CAN板卡通信地址設為“01”、PC1-E轉1553B板卡通信地址設為“02”、PCI_E轉USB板卡通信地址設為“03”、PC1-E轉以太網(wǎng)板卡通信地址設為“04”、PC1-E轉RS232/422/485板卡通信地址設為“05”、擴展硬盤板卡通信地址設為“06”。CAN總線數(shù)據(jù)、1553B總線數(shù)據(jù)、USB數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、串口數(shù)據(jù)在主控板的控制之下，完成電子數(shù)據(jù)的交換。
[0053]圖6為本設備使用流程圖。設備的工作流程為:
[0054](I)啟動設備供電。
[0055](2)打開機箱開關面板上相應板卡的開關。
[0056](3)通過上位機設定外設板卡的通信地址。
[0057](4)通過上位機設定外設板卡的類型。
[0058](5)主控板卡自動判定上位機設定的外設板卡類型與實際是否一致，若判定一致，則進行(6)，若判定不一致，返回(4)。
[0059](6)判定是否完成全部板卡通信地址機類型的設定，若完成，則進行(7)，若還沒有完成，則返回(3)，進行下一塊板卡的設置。
[0060](7)通過上位機軟件啟動電子數(shù)據(jù)交換。
[0061](8)依據(jù)本發(fā)明設計的數(shù)據(jù)格式進行各板卡與設備的定位、授時。
[0062](9)在硬盤板中記錄本設備電子數(shù)據(jù)交換的狀態(tài)。
[0063](10)在數(shù)據(jù)交換過程中，可以通過上位機圖表化地顯示設備電子數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，供設備操作人員查詢使用。
[0064](11)通過上位停止電子數(shù)據(jù)交換。
[0065](12)關閉開關面板上相應板卡開關。
[0066]以上所述，僅為本發(fā)明最佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0067]本發(fā)明說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員公知技術。
【權利要求】
1.一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備，其特征在于包括:機箱、背板、功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板、狀態(tài)顯示面板和一體化上位機； 背板、功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板和狀態(tài)顯示面板均安裝在機箱內(nèi)部，功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板和狀態(tài)顯示面板均通過PC1-E接口固定安裝在背板上，且開關面板和狀態(tài)顯示面板安裝在背板上的最外側的PC1-E接口上，機箱側壁與開關面板和狀態(tài)顯示面板對應的部位挖空，將開關面板和狀態(tài)顯示面板露出；一體化上位機通過RS-422串口與背板之間進行通信，背板將外部輸入+DC28V轉換為所述交換設備內(nèi)部所需直流電源；功能板、主控板、硬盤板、外設板、開關面板和狀態(tài)顯示面板之間通過背板上的PC1-E總線進行通信； 狀態(tài)顯示面板上有多個LED燈，用于顯示背板、功能板、主控板、硬盤板和外設板的工作狀態(tài)； 硬盤板用于存儲電子數(shù)據(jù)交換中的關鍵信息，外設板為PC1-E轉CAN板卡、PC1-E轉1553B板卡、PC1-E轉USB板卡、PC1-E轉以太網(wǎng)板卡、PC1-E轉RS232/422/485板卡和擴展硬盤板卡中的一種或幾種； 開關面板上有多個按鈕開關，用于配置其它板卡的供電，開關面板上集成了風扇組件，對機箱內(nèi)部采用風冷的方式散熱； 功能板對背板、主控板、硬盤板和外設板進行復位，提供時鐘信號，主控板根據(jù)一體化上位機提供的外設板類型、通信地址以及時間位置基準，設置相應外設板的時間和位置基準，并控制該外設板進行電子數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換過程中，功能板根據(jù)一體化上位機提供的編碼格式對交換的電子數(shù)據(jù)進行組幀編碼，實現(xiàn)對電子數(shù)據(jù)的交換。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備，其特征在于:所述功能板包括 FPGA、PowerPC、PROM、晶振、ADC 芯片及 DAC 芯片；PowerPC 完成 RS232/422/485、以太網(wǎng)、USB、1553B以及CAN協(xié)議之間的組幀編碼，將編碼后的數(shù)據(jù)幀送給FPGA ^SFPGA產(chǎn)生復位信號和時鐘信號并輸出，同時所述復位信號和時鐘信號還提供給ADC和DAC芯片，F(xiàn)PGA為晶振提供頻率基準，晶振據(jù)此形成本振信號提供給ADC和DAC芯片，同時FPGA將數(shù)據(jù)幀根據(jù)協(xié)議類型進行轉換，送給ADC和DAC芯片；最后由ADC和DAC芯片完成模數(shù)和數(shù)模轉換。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備，其特征在于:所述主控板包括FPGA芯片、DSP芯片、SDRAM和Flash ； FPGA為外設板提供時間和位置基準，DSP芯片控制外設板進行電子數(shù)據(jù)交換，SDRAM實現(xiàn)加載程序的存儲，F(xiàn)LASH實現(xiàn)斷電后數(shù)據(jù)及程序的存儲。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種車載多通道實時電子數(shù)據(jù)交換設備，其特征在于:所述時間位置基準具體為: 時間基準包括日期和時間兩部分:日期用16個bit 二進制數(shù)表示，以“2000年I月I日”為“0000000000000000”，累計天數(shù)；時間用48個bit 二進制數(shù)表示，以UTC時間當日O點作為0，累計ms數(shù)；位置基準包括位置信息與速度信息兩部分:位置信息包括WGS坐標系下的三方向位置，每個方向的位置信息用32個bit 二進制數(shù)表示；速度信息包括WGS坐標系下的三方向速度，每個方向的速度信息用32個bit 二進制數(shù)表示。
5.一種基于權利要求1所述交換設備實現(xiàn)的電子數(shù)據(jù)交換方法，其特征在于步驟如下: (1)對所述電子數(shù)據(jù)交換設備進行+DC28V供電； (2)根據(jù)需求打開開關面板上相應板卡的按鈕開關，對該板卡進行供電； (3)通過狀態(tài)顯示面板上LED燈判斷所有加電的板卡是否處于正常狀態(tài)，如果處于正常狀態(tài)，則功能板對背板、主控板、硬盤板和外設板進行復位，提供時鐘信號，之后進入步驟(3)，否則停止； (4)通過上位機設定待工作外設板的通信地址； (5)通過上位機設定待工作外設板的類型； (6)主控板判定上位機設定的待工作外設板類型與實際外設板是否一致，若一致，則進行步驟(7)，若不一致，則返回步驟(5); (7)重復執(zhí)行步驟(4)?步驟￠)，對需要工作的所有外設板進行配置； (8)通過上位機給主控板提供時間位置基準，主控板根據(jù)所述時間位置基準配置所有需要工作的外設板的時間位置基準；主控板控制外設板啟動電子數(shù)據(jù)交換；電子數(shù)據(jù)交換過程中，功能板根據(jù)一體化上位機提供的編碼格式對交換的電子數(shù)據(jù)進行組幀編碼，硬盤板記錄電子數(shù)據(jù)交換的狀態(tài)，一體化上位機圖表化地顯示電子數(shù)據(jù)交換狀態(tài)，完成電子數(shù)據(jù)交換； (9)通過一體化上位機停止電子數(shù)據(jù)交換； (10)關閉開關面板上相應板卡開關。
【文檔編號】H04L29/08GK104506585SQ201410746253
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】張堯, 李喆, 曹建文, 孫崢皓, 閻巖, 楊玉生, 朱長明, 鄧志均, 岑小鋒 申請人:中國運載火箭技術研究院