简述地铁列车MVB总线的编址方式

摘要：符合列车通信网TCN标准的列车已经在欧美国家得到了广泛的应用，其中地铁车辆上主要使用MVB作为列车总线，近几年国内新的地铁车辆项目中也几乎全部采用MVB作为列车网络系统的总线。在这种背景下，为了更好的了解和使用MVB总线，本文对两种比较常见的MVB总线编址方式进行了研究，并通过对比的方法加深了对两种编址方式的认识和对TCN标准的了解。

关键词：列车通信网；MVB；编址

中图分类号：TN913文献标识码： A

多功能车辆总线（MVB）的地址

在TCN标准中定义有多种不同的地址，其中经常使用的有设备地址和端口地址，组地址在一些情况下也有使用：

设备地址

连接在总线上的器件称为设备，设备通过它的设备地址在总线上来进行识别。连接到多条总线上的设备在每条总线可以有不同的设备地址。

端口地址

多个数据的集合称为数据集，由于过程数据很小，因此通常将多个过程数据放在一个帧中传输以节省资源。

组地址

总线上设备地址中最高有效位不同的设备构成一个组，这个组通过组地址来标识。

固定编址的MVB网络

网络拓扑

图 1 固定编址的MVB网络拓扑示例

上图是庞巴迪公司一个典型的6节编组车辆的网络拓扑，该网络采用双冗余的MVB总线，在M车布置有中继器将整个网络分成2个网段。其中所有的设备地址由列车网络系统供应商分配和规定，并在设计阶段提供具体的地址编码表。

地址编码表

下面的表格是一6节编组车辆的MVB地址分配表的一部分，从表格中我们可以看到该表格主要规定了设备地址和端口地址：

表 1固定编址的MVB地址分配表示例

设备 端口(16进制) 轮询周期 DCU/M1 DCU/M2 DCU/M3 DCU/M4

车型 Mp1 M1 M2 Mp2

设备地址(16进制) 49 4C 4D 48

490 T2 Source

491 T3 Source

492 T4 Source

493 T4 Source

494 T4 Source

498 T2 Sink

499 T3 Sink

49A T4 Sink

4C0 T2 Source

4C1 T3 Source

4C2 T4 Source

4C3 T4 Source

4C4 T4 Source

4C8 T2 Sink

4C9 T3 Sink

4CA T4 Sink

可以看到表格中的DCU在所有的动车上均有配置，名称分别为DCU/M1~ DCU/M4；为了降低成本，提高模块化程度，以及考虑到减少备品备件种类，厂家在生产DCU设备时，所有出厂的设备均是一样的，如果预装软件的话，甚至软件都是完全相同的。

各种不同的编址方式

使用不同的软件

若要区分不同的车型，最简单的办法就是给每个不同的车型采用不同的软件。还以DCU进行举例，DCU/M1~ DCU/M4分别布置在4种车型上，因此需要4套不同的软件分别对应4种车型。

使用维护软件后期配置

为了解决装载软件时间过长带来的问题，我们可以采用装车后再用维护软件配置地址的方式，但这种方式也有同样的问题，就是需要在装车后才能进行配置；

采用外部输入编址

如何让4个DCU不仅硬件上保持一致，软件上也能保持一致呢？目前城轨市场中最常用的方法就是采用外部输入来确定设备所在的车型。这种方法是在DCU的软件中预先保存了所有不同车型下的地址，然后通过外部的硬件输入告知DCU现在身处在那一个车型上，DCU根据车型确定自己应该使用的地址后即可进行正常的通信。

外部编码线

图 2 外部编码线示例

如上图所示，可以看到6个车型中的MCM和ACM各自有不同的地址（如$49,$50…），图中下方表示了外部连接器X7和X10可通过不同接线方式告知ACM和MCM应该使用什么地址，从而确定端口地址。这种方式应用非常广泛，列车上很多系统都采用这种编址方式；

外部编码连接器

图 3 编码连接器的示例

上图是一个编码连接器的示例，可以看到这个设备的连接器插头中内置了一个EEPROM芯片用于存储列车的一些信息（例如，列车ID，车辆号等），连接器连接到设备上后，设备获得相关的车辆信息后才能正常工作。

拨码开关

图 4 拨码开关的示例

上图是一个拨码开关的示例，通过两个拨码开关不同的组合方式给设备作为外部输入，这种编码方式可以编出多达256种编码。

自动编址的MVB网络

概述

为了解决快速完成设备编址，增强产品的模块化程度和互换性，同时使设备的编址摆脱硬件的限制，西门子公司采用了一种自动编址的MVB总线，这种结构被称为MVB-M（M指多单元车组）。

网络拓扑

图 5 自动编址MVB网络拓扑示例

上图是自动编址的MVB网络的典型拓扑，可以看出与固定编址的网络拓扑最大的不同在于每节车都布置有一个中继器，将整列车的MVB总线分成列车总线（蓝色）和车辆总线（绿色）两个部分。

地址表

在西门子的MVB-M中，设备地址和端口地址并不是固定死的。从表2中可以看到，在MVB-M中，最多支持2个头车和10个中间车，并且又多了两种地址定义——相对地址和绝对地址。

表 2 自动编址头车MVB地址分配表示例

相对地址 在配置后转化成的绝对地址

头车的相对地址 Tc1 Tc2

Class 2,3,4 DA 1 – 31 33 – 63 65 – 95

Address shift +32 (+0x20) +64 (+0x40)

Class 1.x DA 256 – 479 480 – 703 704 – 927

Address shift +224 (+0xE0) +448 (+1C0)

Class 1.x / 2 ports 1 – 255 257 – 511 513 – 767

Address shift +256 (+0x100) +512 (+0x200)

Class 1.0 DA 2048 – 2288 2304 – 2544 2560 – 2800

Class 1.0 ports 2048 – 2303 2304 – 2559 2560 – 2815

Address shift + 256 (+0x100) + 512 (+0x200)

WK-DA 0 32 64

Config Port address 0 256 512

相对地址

MVB-M中的每个节点都有一个相对地址，并且同种设备的相对地址是一样的。但是相对地址并不是的最终用于在总线中通信的地址，这些相对地址从相对地址表中取得。在列车编组完成并配置好后，这些相对地址会发生一个“偏移”，从相对地址变化到真正的用于通信的地址。

绝对地址

绝对地址与偏移无关，并且绝对地址的地址表在相对地址的地址表之外，相对地址完成偏移之后就是绝对地址。绝对地址是最终用于在总线中通信的地址，因此它对应是TCN中规定的设备地址和端口地址。

编址方式

编址方式简要过程如下：

首先每节车上均布置有一个SKS，SKS具有总线管理的功能；

所有设备上电后，工作人员通过布置在司机台的一个按钮将列车网络配置指令通过硬线发送给每节车上SKS；

SKS检测它的硬线输入并核对“配置请求”是否正确发出；

SKS通过外部编码线的获得自己的位置信息、车辆类型和车辆方向，这些外部输入必须持续超过1秒才被认为可用。SKS使用这些数据配置自身的设备地址和配置端口地址。

SKS通过硬线输出切断它所在网段的MVB中继器的电源，以此将它的MVB段从总线上独立出来。

SKS重置自己的地址，使用配置后的绝对地址。

SKS通过特殊的配置端口对总线段上的其它设备进行配置并检测所有设备是否配置成功；

配置成功或超时后，SKS中断配置功能，重启并进入正常工作模式。

SKS再次接通它所在网段的MVB中继器电源。

至此，所有的上电设备均从相对地址过渡到绝对地址，总线可以开始正常工作。

两种方式的对比与总结

使用方便性

我们希望产品使用简单，更换和维护方便，从这个角度说：

在新产品装车或更换故障设备时，只要确定SKS的编码线正确，自动编址的方式只要通过按下一个按钮的方式，就可以完成地址配置；

而采用编码线的固定编址方式则无需做额外的操作；但在调试阶段，需要检查所有MVB的外部输入是否正确。

适应性

对于需要改变编组的列车来说，自动编组方式无疑是一个最好的解决方案：

固定编址方式下，若列车需要改变编组，则需要给重新给新增车辆划分地址

而自动编址的方式下，无论设备安装在哪里，相同的设备都使用相同的NSDB，只需要改动SKS即可完成新的地址配置。

可靠性

固定编址的方式需要借助外部来进行地址的判断，但长期运行后，连接件可能会接触不良，甚至脱落，在外部输入出现问题的情况下自动配置的方式显得可靠性更高。

产品开发

从前文的描述中我们就可以发现，固定地址的方式原理和实现都非常简单，而自动配置地址的方式则复杂很多，从这方面来说固定编址的方式产品开发会相对容易。

参考文献：

1.IEC61375-1 《铁路电气设备——列车总线第1 部分：列车通信网络》；

2.赵麦丽;基于FPGA的MVB总线管理器设计与研究;西南交通大学;2011年；

3.石颖；MVB总线在地铁列车控制系统中的应用；电力机车与城轨车辆 ；2006年第6期；

4.王兵兵;WTB和MVB协议数据分析软件设计[D];华中科技大学;2011年