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CRH2型动车组信息传输协议 列车总线采用光纤技术，其适用规格为ANSI878.1ARCNET，传输速度为2.5Mbit/s，拓扑结构为双重环形结构。 自我诊断传输线采用双绞线，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议，传输速度为38.4kbit/s。 当对牵引变流器、制动控制装置传输信息时，车辆总线使用光纤方式，采用高级数据链路控制HDLC方式。当对一部分设备传输信息时，采用20mA电流环方式，步调同步方式，传输速度为192kbit/s，19.2kbit/s，9.6kbit/s，拓扑结构为点对点方式。 11.2.1列车总线 列车级总线有两种类型。其一为光纤，连接所有中央装置与终端装置，采用ANSI/ATA-878.1ARCNET协议；其二为自我诊断传输线，以总线方式连接中央装置与终端装置，采用HDLC作为数据交换协议。 (1)ARCNET协议简介 ARCNET协议最初由美国Datapoint公司于1977年成功开发并用于办公局域网中，后来以太网以其更快的传输速率和大量的数据传输容量使办公室网络的需求由ARC-NET转向以太网。而ARCNET协议的时间确定性、数据传输的可靠性和组网的灵活性，使其在工业实时控制系统中找到了新的应用途径。 ARCNET使用RG-62同轴电缆，而这种电缆刚好与IBM3270终端和IBM主机相连的电缆相同，所以这种网络在大量IBM机系统中得到广泛应用。目前，ARCNET也可使用双绞线和光纤。新型的ARCNET传输速度已从原来的2.5Mbit/s增加到100Mbit/s(使用光纤时)。这种网络采用的媒体访问方法为令牌总线。 ARCNET是一个真正开放标准协议，1999年成为美国国家标准ANSI/ATA-878.1。从OSI参考模型来看，它提供了网络的物理层和数据链路层服务，说明ARCNET能方便地在两个节点之间实现数据包的发送和接收。 ①ARCNET帧结构 虽然ARCNET遵从IEEE802.4的协议，但是在具体帧结构上还是存在着差异。ARCNET有令牌帧、空闲缓冲区询问帧、确认帧、否认帧及数据传输帧等多种信息帧，其各帧结构如下所示： 不管是哪种ARCNET帧，都由ALERT引导，类似于Ethernet中使用的前导码。ALERT由6bit间隔的传号(1)组成，传号(1)由正脉冲后跟负脉冲组成的双脉冲表示。空号(0)由无脉冲表示。 ITT为邀请发送令牌帧。它总是传递给它的后继工作站。EOT是ASCⅡ码中的传输结束控制符(04H)。后跟的两个字节都是DID(终点标识符)，即后继工作站的地址。重复使用DID的目的是增加可靠性。 FBE是空闲缓冲器询问帧。ENQ是ASCⅡ字符集中的询问字符(05H)。它后跟的两个字节DID是想通过询问了解空闲缓冲器状态的工作站标识。DID重复使用也是为提高寻找终点工作站的可靠性。 ACK是确认帧，由ALERT和ACK组成。ACK是ASCⅡ字符集中的确认字符(06H)。当响应FBE帧而发送ACK时，表示接收工作站具有可供使用的缓冲器空间。 ACK帧所以没有DID字段，是因为ACK帧是以广播方式发送的。 NAK是否认帧。NAK是ASCⅡ字符集中的否认字符(15H)。当响应FBE帧而发送NAK时，表示接收工作站不具有可供使用的缓冲空间。NAK帧也没有DID字段，其原因与ACK帧相同。 PAC为数据帧。其中SOH(标题开始)是ASCⅡ字符集中的标题开始字符(01H)。SID(源点ID)和DID(终点ID)表示源点和终点工作站的地址。CP(连续指针)字段指示工作站在存储器中找到的传输数据的起点。数据字段DATA具有可变长度，处于1字节和508字节之间，用以携带用户数据。2字节的CRC字段由发送站添加，用来保护DA-TA字段。 ②ARCNET工作机制 ARCNET的地址由8bit组成，其中地址O作为广播地址。因此ARCNET上最多可以容纳255个节点。ARCNET局域网节点之间的数据传输像总线型局域网一样是广播式的，但对总线的访问由令牌决定。为说明这种网络的操作机制，假定在一条总线上有4个节点，其地址分别为1，10，25和255。在启动网络时，这4个工作站形成一个逻辑环，每个站都跟踪两个信息：谁是后继者、谁是前驱者。这两种信息分别由字母s(后继者)和P(先驱者)代表。一个工作站的后继者定义为逻辑环上具有较高地址的站；先驱者则定义为逻辑环上具有较低地址的站。由于ARCNET中站地址O用于广播，因此最小站地址为l，最大站地址为255。在构成逻辑环时规定：工作站地址为255的后继站地址为l，站地址为1的前驱站地址为255。工作站前驱者和后继者的地址如表11.1所示。 表11.1工作站地址 工作站地前驱工作站地址后继工作站地工作站地前驱工作站地后继工作站地址 1 10 (P) 255 1 址(S) 10 25 址 25 255 址(P) 10 25 址(S) 255 1 ③帧的发送与接收 在启动时，首先要构成逻辑次序，即逻辑环。每个站都不断跟踪保持其前驱工作站和后继工作站的站标识。每个工作站将其自身的后继者(NID)设置为自身站地址(ID)加1，并按下述公式设置超时值(Time_Out)： Time_Out＝146×(255-ID)μs 具有最大地址值的工作站首先超时，于是它创建ITT帧，并将该令牌帧发送给它的后继站。如果在74μs后没有响应，最大地址值的工作站便认为具有后继NID地址的站不存在，随后便将NID值增加1，再次发送DID为新值的ITT。这种过程重复直至该最大地址值的工作站找到自己的后继者为止。被找到的后继工作站像前驱工作站一样，重复此过程，一旦找到所有活动工作站，正常的令牌传递操作便可开始。配置时间在24～61μs范围，取决于活动站的数目和工作站地址的值。为使Time_Out初始值为0并将配置时间减至最小，建议将ARCNET一个工作站地址设置为255。 具有ITT帧的工作站在将令牌帧传递给后继站之前最多发送一帧。在数据帧被发送到目的节点之前，必须询问是否有足够的缓冲空间来接受帧。执行这种询问功能的是FBE帧。被询问站如果有缓冲器可用，便发回ACK帧，否则发回NAK帧。 发送FBE帧后，一旦收到ACK帧，便可发送数据帧PAC。 ④故障维护 如果因为故障破坏了令牌的正确传递，网络必须进行重新配置。产生另一种重新配置的情况是在令牌传递环上增加工作站或去掉工作站。因此重新配置是难以避免的事情。 如果一个活动工作站在840ms后未接收到ITT帧，由8个传号间隔组成的RECON图样，后跟一个空号便发送765次。RECON图样持续2754μs，以确保破坏传输中的任何令牌帧，其结果是使令牌帧丢失。74μs无活动后，所有工作站都会知道正在重新配置。于是每个站都将其自身的后继者设置为自身地址(ID)加1，并设置超时值。以后的过程与启动时一样。 在ARCNET技术中，删除一个工作站是一个较简单的过程，不需调用全部重新配置机制。如果地址为10的工作站从环上已撤离，而且只要对其前驱者工作站1发来的ITT帧不响应的时间超过74μs，工作站1便认为工作站10不再存在。工作站1便对其NID值增加1(新值为11)，并将ITT发到工作站11。如果在74μs后还是没有响应，则重复上述过程。下一个站地址为25，工作站1需要(25-10)×74μs＝1.1ms的时间，才能发现它的后继工作站为25。 如果工作站10想重新进人环，它必须等待令牌的时间为840ms，如果它还未经过ITT帧被邀请发送，它必须调用全部重新配置机制。 (2)HDLC简介 高级数据链路控制HDLC(High-levelDataLinkContr01)规范是面向比特的链路控制规范的典型代表。它由ISO在SDLC(同步数据链路控制规范)、ADDCP的基础上反复修订、审定和增补而成的。ISO在1984年提出了新的HDLC标准，它的组成为： ISO/3309/1984——HDLC的帧结构； ISO/4335/1984——HDLC规范要素汇编； ISO/7809/1984——HDLC规范类别汇编。 这3个标准文本构成了HDLC规范缺一不可的互相密切联系的整体，HDLC也是ISO的OSI-RM的第二层协议——数据链路层协议的具体化。现在使用的许多新的链路层协议，如x.25的LAPB(平衡型链路访问规范)、ISDN的LAPD(D信道的链路访问规范)等，都来自于HDLC。从某种意义上来说，HDLC规范是目前使用最为广泛的数据链路层协议之一。但是，由于ISO的地位，使它所提出的标准必须反映出各国的各种各样的使用要求，因此在实际使用中没有必要也不可能实现HDLC的全部功能，也就是说，现在实现的所谓的HDLC规范，实质上是标准HDLC规范的一个子集。 ①HDLC的帧结构 数据链路层的数据传输是以帧为单位。在OSI术语中，帧被称作数据链路协议数据单元。HDLC的帧结构如图11.2所示。 帧由以下字段组成： a.标志字段F： 帧首尾均有一个由固定比特序列O1111110组成的帧标志字段F。标志字段F的作用主要有两个：一是帧的起始与终止定界，二是帧同步。 为确保帧标志字段F在帧内的唯一性.在帧地址字段、控制字段、信息字段、帧校验字段中采用0bit插入和删除技术，从而保证了帧内数据传输的透明性。 b.地址字段A： 在主从结构中，帧地址字段总是写入从站地址；在平等结构中，帧地址字段填入应答站地址。全1地址为广播地址；按照协议规定.地址字段可以按8位的整数倍扩展。 c.控制字段C： 控制字段C是HDLC帧的关键字段.它表示了帧类型、帧编号、命令和控制信息。 d.信息字段I： 信息字段可以是任意的比特序列组合。为保证数据的透明性.必须执行Obit插入和删除操作。信息字段长度通常不大于256字节。 e.帧校验字段FCS： HDLC采用CRC循环冗余编码进行校验，生成多项式为G(x)＝x＋x＋x＋1。校验范围为地址字段A、控制字段C、信息字段I。 ②HDLC帧类型 HDLC中的帧类型可以分为3种：信息帧(I)、监控帧(S)与无编号帧(U)。一类为控制帧(包括监控帧与无编号帧)，另一类为信息帧。控制帧用于数据链路建立、数据链路维护与数据链路释放，以及信息帧发送过程中的流量控制与差错控制功能，以保证信息帧在数据链路上的正确传输。它们分别由帧控制字段C中的帧格式识别位指示。帧控制字段C的结构如图11.3所示。 16125 a.信息帧(I，Information)： 信息帧中N(S)与N(R)分别表示发送帧序号与接收帧序号。发送帧序号N(S)表示当前发送数据帧的顺序号；接收帧序号N(R)表示该站下一接收帧的序号。N(R)也同时具有确认的作用.它表示该站已正确接收序号为[N(R)-1]的帧及以前的各帧，下一次应接收帧序号为N(R)值的帧。N(R)与N(S)用于全双工通信的帧发送与接收顺序控制、差错控制与流量控制等通信控制。信息帧中具有与监控帧、无编号帧中相同的探询/终止(P/F，Poll/Final)位。 b.监控帧(S，Supervisory)：监控帧不带有数据信息，它只有48位长。监控帧类型共分为4种，由S表示，占2位： S＝00，表示接收准备好，RR(ReceiveReady)； S＝10，表示接收未准备好，RNR(ReceiveNotReady)； S＝01，表示拒绝，REJ(Reject)； S＝11，表示选择拒绝，SREJ(Selectivereject)。 监控帧中只有接收帧序列号N(R)。 监控帧可以用于协调通信双方状态，并能实现差错控制与流量控制的作用。 c.无编号帧(U，Unnumbered)： 无编号帧主要起数据链路控制作用，它可以在需要时发出，而不影响信息帧的交换顺序。无编号帧不带发送数据帧的顺序号N(R)和接收帧的序号N(s)。无编号帧类型由M表示，占5位，目前已定义了15种无编号帧。 典型的无编号帧有：置为正常响应模式帧SNRM；置为异步响应模式帧SARM；置为异步平衡模式帧SABM；断开连接帧DISC；无编号探询UP；无编号确认UA；帧拒绝FRMR。 ③数据链路层工作过程 数据链路层的服务用户是网络层，它为网络层提供服务，同时它又使用物理层所提供的服务。以图11.4中主站A与从站B在正常响应模式下链路的通信过程为例，简述其工作过程。 在执行数据链路层的协议时，数据链路层对等实体间的通信，一般要经过数据链路建立、数据传输与数据链路释放3个阶段。 a.数据链路建立阶段。 图11.4中，主站A在多个从站的多点连接结构中，选择B为从站，在主站A与从站B之间以正常响应模式NRM进行数据帧的传输。数据链路工作的第一阶段应为数据链路建立阶段。在数据链路建立阶段，主站A使用无编号帧的置正常响应模式SNAM命令，地址字段填入B，表示选择B站为从站，探询位P为1。从站B接到SNAM命令后，用U帧的无编号确认UA命令，作为响应主站建立数据链路的确认。UA命令中地址字段为B，表示从站中B站对主站A的响应；终止位F用作对主站A探询P的应答。在HDLC中，探询位P与终止位F总是成对出现。 b.数据帧传输阶段。 在数据链路建立之后，进入数据帧传输阶段。主站A向从站B发送第一个编号为O的信息帧，因此N(S)-O；由于未接到从站帧，因而N(R)＝O；此时I帧中发送号N(S)＝0，接收号N(R)＝O。主站A连续发送的第二、三个信息帧分别记为N(S)＝1，N(R)＝O，N(S)＝2，N(R)＝0。在正常响应模式中，从站要在主站探询后才可以发送信息帧。如果主站A在发送第三个信息帧时使用探询位P，那么从站B如果有信息帧发送时，可以发送N(S)＝O，N(R)＝2的I帧。这里的N(S)＝O表示从站B发送序号为O的I帧；N(R)＝2表示已正确接收序号为2及它以前的I帧，下一次主站A应发送序号为3的I帧。这里N(R)可以起到对主站A发送I的确认作用。如果从站B只有一帧信息发送，应标志终止位F。这样，从站B发送的I帧应记为N(S)＝0，N(R)＝2，并发标志终止位F。 c.数据链路释放阶段。 当主站A与从站B都没有信息帧发送时，应释放此次数据链路连接。主站A可以使用u帧释放连接DISC命令，从站B可以使用u帧的UA予以确认。至此，一次完整的数据链路帧传输过程结束。 应该指出的是，物理连接与数据链路连接是有区别的。数据链路连接是建立在物理连接之上的，一个物理连接生存期间允许有多个数据链路生存期。数据连接释放时，物理连接不一定要释放。 在物理层完成物理连接并提供数据传输能力的基础上，数据链路层使用物理层的服务来传输数据链路层协议数据单元一帧。实现数据链路的建立、数据传输与数据链路释放，以及信息帧发送过程中的流量控制与差错控制功能，保证信息帧在数据链路上的正确传输，从而完成OSI参考模型规定数据链路层的基本功能的实现，为网络层提供可靠的节点一节点间帧传输服务。 11.2.2车辆总线 车辆内部设备与列车网络节点之间采用点对点方式通信，适用多种通信协议，包括20mA电流环(同步通信协议)、同步通信方式(和一部分设备的传输采用高级数据链路控制HDLC方式)。HDLC方式已在上面介绍，下面介绍20mA电流环标准。 20mA电流环标准是指用于接口或终端和Modem之间的数据传输。以20mA电流通过环路表示数据信号的传号(逻辑“1”)，无电流为空号(逻辑“0”)。在一个电流环结构中，正在通信的两个设备必须有一个设备作为启动设备，并提供电流源，而另一个设备提供通路。20mA电流信号可以通过光电耦合器转换成TTL电平信号。当发光二极管导电(有光反射)，然后由光敏三极管对光信号进行放大与转换，转变为20mA电流，在线路上传输；在另一端，再把电流信号通过发光二极管转换为光信号，由光敏三极管接收，产生相应的数字信号。 (1)电流环传输规格 ①介质：双绞屏蔽线 ②通信方式：4线式半双工 ③通信速度：9600×(1±O.1％)bit/s ④线路电流：记号(“1”)：17～23mA 空白(“O”)：O～2mA ⑤线路电压：DC24×(1±5％)V ⑥接口连接：参照图11.5 ⑦传输波形：参照图11.6 ⑧同步方式：同步传输 ⑨字符格式： 起始位：1bit 数据位：8bit 奇偶校验位：1bit(偶数同位) 终止位：1bit ⑩数据格式：参照表11.2～表11.4 11传输时序：参照图11.7～图11.8 (2)传输资料类别 20mA电流环传输资料类别见表11.2。 表11.220mA电流环传输资料类别 序号 资料名称 缩写 传输方向 1 2 3 4 状态资料请求 状态资料 追踪资料请求 追踪资料 SDR SD TDR(n)，n：资料块编号 TD(n)，n：资料块编号 列车信息传输装置→机器 列车信息传输装置←机器 列车信息传输装置→机器 列车信息传输装置←机器 (3)传输资料格式(适用于SDR，TDR，SD，TD)20mA电流环传输资料格式见表11.3。 表11.320mA电流环传输资料格式 STX 1 *TEXT *1 ETX 1 BCC1 1 BCC2 1 1：为判别(2)中的各资料，给正文中的第一比特[TEXT(0)]设定正文类别(固定值)，见表11.4。 表11.4正文类别 序号 1 2 3 4 缩写 SDR SD TDR TD 正文长度（bit) (备注) (备注) (备注) (备注) 正文类别 20H 20H 21H 21H (4)传输控制编码(1bit) 20mA电流环传输控制编码见表11.5。 表11.520mA电流环传输控制编码 序号 名称 编码 说明 1 2 3 STX ETX BCC 02H 03H - 正文起始 正文终止 资料块检查字符 BCC1[BCC2]是以TEXT+ETX的第一(第二)字符为开始的4 BCC - 每2个字符的水平偶数同位 5 6 ACK NAK 06H 15H 响应 拒绝响应 (5)信息传输控制方式：参照图11.9 ①通信分为状态资料传输和追踪资料传输两部分，使用共同协议。在一方的通信未终止前(包括超时)，另一方的通信不开始。 ②NAK的送信是在收到BCC2信号后进行(在BCCl之前检出垂直奇偶错误等，也不送NAK信号，待接收到BCC2信号后再送信)。 ③在等待响应状态(图中的1)时，除接收正常的ACK、NAK信号外，其他不被视为接收到ACK、NAK信号[收信错误ACK、NAK为超时(TM5)]。 ④关于再送信(图中的2)，机器一方在接收到NAK信号时，将不断再送信(由列车信息传输装置对请求再送信次数进行管理)。 ⑤图11.9信息传输控制方式图中的传输时间规格见表11.6。 20mA电流环接口是一个非标准接口，无控制信号。在每次发送数据时必须以无电流的起始作为每一个字符的起始位，接收端检测到起始位时便开始接收字符数据。但是由于它的突出优点是传输距离比较远，所以不仅用于具有电流环的接口设备(如电传打字机等)，而且在微机的点对点通信和速率低的数据传输中应用很广。 (6)数据传输格式 ①中央装置、终端装置发送格式(信息传输装置→车载设备) 表11.6 传输时间规格一览表 动作条件 序号 时间 适用处 起始 终止 超时值 **列车信息 1 无响应时闻(TM1) 传输装置 列车信息 2 无响应时间(TM2) 传输装置 NAK的送信 BCC2的送信 STX或NAK的15ms 收信 STX的收信 15ms 收信字符之间的时间列车信息 STX及其后各字符下一个字符的3 (TM3) 收信字符之间的时间4 (TM4) 机器 的收信 收信 ACK或NAK的5 无响应时间(TM5) 机器 BCC2的送信 收信 10ms 传输装置 的收信 收信 10ms STX及其后各字符下一个字符的10ms SDR——实时监视信息(状态资料)请求的数据格式如表11.7所示。 表11.7SDR(状态资料请求)数据格式 资料格式 TEXT(0) TEXT(N) TEXT(O)～TEXT(15)构成 补充(1)A：请求试验开始——对象机器按照指定试验项目进行开始前的准备(大项目的指定)。 B：请求试验进行——对象机器按照以试验进行项目编号指定的试验项目进行试验(中项目的指定)。 C：请求模拟故障——请求模拟故障时，设“1”为1s。对象机器检出这一变化，使模拟故障发生，记录追踪记忆资料记录结束后，将收集追踪记忆资料的请求送信至车辆信息控制装置。 TDR——追踪资料请求(状态资料)。 请求对象机器中记录的故障发生前后的故障分析用信息。资料格式如下：它的构成如表11.8所示。 表11.8TEXT(0)、TEXT(1)的构成 bit号 试验序逻辑/变换说明 号 7 6 5 4 3 2 1 0 比 0 正文类别：21H(固定值) 1 请求追踪资料资料块编号 BIN 而不同 数据块数因对象机器不同内容 ②设备信息的发送格式(设备向中央装置、终端装置) SD——实时监视用资料(状态资料)：如表11.9所示。 表11.9SD(状态资料)数据格式 *1：车上试验结果资料 2：请求收集追踪资料 *补充(2)D：试验开始的响应：表示对象机器完成了指定试验项目的开始前准备。 [对补充(1)A的响应] E：试验进行状态：bit(7，6)＝(O，O)初期状态 ＝(O，1)试验进行中 ＝(1，0)试验结束 ＝(1，1)未使用 [对表11.7SDR(状态资料请求)数据格式中补充(1)B的响应] 补充(3)试验判定结果：小项目1～8全部OK的情况→OK＝“l” 小项目1～8的任何一项是NG的情况→NG＝“1” 补充(4)小项目判定结果：设定各小项目的判定结果OK＝“0” NG＝“1” 补充(5)F：追踪故障检测 G：追踪资料收集结束 故障类别码：表示触发追踪的数字式资料的类别。但是，模拟故障码为FFH。故障与故障类别码的对应如表11.10所示。 表11.10故障与故障类别码 序号 1 2 故障类别码 故障项目 01H 02H 序号 19 20 故障类别码 故障项目 13H 14H 不缓解检测 数字输出不一致(30km/h信号) 3 03H 21 15H 数字输出不一致(SKVR) 4 5 6 7 8 9 10 04H 05H 06H 07H 08H 09H OAH 22 23 24 25 26 27 28 16H 17H 18H 19H 20H 21H 22H 传输异常 内部通信异常 固定检测 断线检测 数字输出不一致(HV，RVOFF不一致) 11 OBH 29 23H 数字输出不一致(HV，RVON不一致) lZ 13 0CH ODH 30 31 30H 31H MR压力传感器异常 数字输出不一致(调压器) 14 OEH 32 40H 数字输出不一致(5km/h信号) 15 OFH 数字输出不一致33 (sKVR) 41H 数字输出不一致(70km/h信号) 16 10H BC压力传感器异34 常 42H 数字输出不一致(160km/h信号) 17 11H AS1压力传感器异35 常 43H 数字输出不一致(SKVR) 18 12H AS2压力传感器异36 常 FFH 模拟故障 在对象机器监视器取样周期中发生二次性故障时，无法判别时间的前后，因此给故障模式制定优先顺序，设定故障类别码。 表11.10的优先顺序中，数字小的为先。 TD——故障分析用资料(追踪资料) 追踪记忆资料：当能触发收集追踪记忆资料的故障发生时，故障发生前后的情报记录在对象机器中。 追踪资料：对象机器将追踪记忆资料分为以Nbit为单位(=1资料块)的资料块，用以下的格式向信息传输装置发送信号。 资料格式 备注：由此，资料块编号00H～H的TEXT(1)～TEXT(N＋1)的格式如图11.10所示(最终的资料块编号根据各对象机器不同)。 ③在各设定数据资料下的状态转换(图11.11) 本文来源：https://www.dywdw.cn/8710b318ba0d6c85ec3a87c24028915f804d847a.html
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2022-08-01
