一种基于Socket通信的车载设备MVB仿真方法

孙二敬，张国振，张振兴

（1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070）

1 概述

列车控制通信网络（TCN）规定列车通信网络分为多功能车辆总线（MVB）和铰链式列车总线（WTB）。MVB 是总线拓扑结构，专用于车辆内部车载设备间通信。由于具有实时传输的特点，可以满足高速铁路行业稳定性等方面的要求，MVB 在列控车载列车自动防护（ATP）系统设备间通信应用较为普遍，例如车载主机与应答器信息接收单元(BTM)之间、车载主机与人机界面单元（DMI）之间通过MVB 进行数据交互，车载设备通过 MVB采集列车的接口信息及发送列车接口命令等。

在列控车载设备ATP 开发及维护过程中，要在实验室搭建MVB，需要总线控制器、网关、转发器、连接器和端接器等一系列硬件支持，成本高，实施难度大，而在PC 机调试阶段，从技术和成本上更是很难使用真实的MVB。

为解决此问题，本文设计了一种基于Socket通信的车载设备MVB 仿真方法。此方法使用以太网替代真实的MVB 通信，可以大大降低调试试验阶段试验环境搭建难度和成本，提高试验调试效率。

2 MVB仿真设计

2.1 MVB数据传输过程

如图 1 所示，MVB 数据传输具有固定的数据端口，车载设备间通过MVB 通信需要先将数据按照通信协议打包，根据端口号1 到n的地址将数据存入相应MVB 端口，其他设备根据需求可以随时从相应端口读取到最新数据，实现数据的传输与周期性刷新。

图1 MVB数据传输过程Fig.1 Process of MVB data transmission

2.2 MVB仿真方法的提出

Socket 数据传输过程如图 2 所示。从图2 中可以看出，Socket 是通过“打开—读/写—关闭”的模式，实现点对点的通信。Socket 传输数据为字节级，传输数据长度可自定义，这为仿真MVB 通信传输数据兼容MVB 数据提供了可行性。

图2 Socket数据传输过程Fig.2 Process of Socket data transmission

但是与MVB 不同的是，MVB 进行数据传输时，发送数据的总线设备以一定时间间隔输出数据，刷新端口。此数据可以在端口保持，直到该MVB数据端口被刷新，新的数据替代旧数据。当其他总线设备需要此数据时，读取相应端口，即可得到最新的端口数据。而Socket 传输数据为一次性读取，数据无法在端口保持，读取方通过Socket 端口读取一次数据后，无法通过以太网接口函数再次读取该数据。为了在以太网通信环境下模拟设备应用软件的MVB 交互式数据传输，在设备应用软件底层增加一层虚拟MVB 软件，可实现设备应用软件MVB 相关接口函数的仿真，如图3 所示。

图3 虚拟MVB软件示意Fig.3 Diagram of virtual MVB software

2.3 MVB仿真功能设计

MVB 仿真系统数据交互传输过程如图4 所示。

图4 MVB仿真数据交互示意Fig.4 Diagram of interaction between MVB simulation data

1）设备A/B（软件程序）调用MVB 相关接口函数以一定时间间隔xms 写端口，该端口为虚拟MVB 软件中的虚拟端口。

2）每隔yms，设备A/B 虚拟MVB 软件将所有虚拟端口的数据按照一定协议格式组成Socket数据包，经以太网发送至设备B/A。

3）设备B/A 虚拟MVB 软件通过监听Socket端口，读取步骤2）中发送的以太网数据，按照一定协议格式拆分Socket 数据包，分别存入MVB 虚拟端口。

4）设备B/A（软件程序）调用MVB 相关接口函数以一定时间间隔yms 读端口，该端口为虚拟MVB 软件中的虚拟端口。

为保证数据传输的完整性和实时性，y应小于或等于x。

3 虚拟MVB软件模块设计

虚拟MVB 软件架构及数据流程如图 5 所示，虚拟MVB 软件主要由以下模块组成。

图5 虚拟MVB 软件架构及数据流程Fig.5 Virtual MVB software architecture and data process

1）数据发送管理模块：此模块采用虚拟端口模拟MVB 端口接收MVB 数据，主要实现设备A 或设备B 多个MVB 端口的写入数据功能，并将数据进行缓存，根据任务调度，组织发送端口数据。

2）数据组包模块：此模块将数据发送管理模块中组织发送的多个端口数据组成Socket 数据包，Socket 数据包组成如图 6 所示。

图6 Socket数据包Fig.6 Socket data packet

数据组包模块将多个需同步传输的MVB 数据及端口号信息，组合为一个Socket 数据包，并在Socket 数据包包头中写入MVB 数据标识，发送到以太网，保证在数据传递过程中可以根据端口号实时更新数据。

3）数据传输模块：此模块将数据组包模块组成的数据包通过Socket 通信发送到设备B 或设备A。

MVB 采用物理存储，定期刷新数据方式，保证设备接收到最新数据；在模拟MVB 传输过程中，Socket 数据包存储于固定内存空间， Socket 数据传输时间应小于或等于MVB 相关接口函数写端口时间，保证最新数据实时传输，不丢数据和数据不被修改。

4）数据解包模块：设备B 或设备A 接收到以太网的Socket 数据包，通过MVB 数据标识识别为MVB 信息包，按照规定的协议，解析为不同MVB端口的数据，分别存入相应虚拟MVB 端口数据缓存，供外部软件以读取MVB 端口的方式读取。

5）数据读取管理模块：周期读取虚拟MVB 端口缓存，实现设备B 或设备A 的MVB 端口读取数据功能。

4 结语

本文的设计方法以车载设备通信环境模拟为主，基于以太网Socket 通信模拟MVB 进行数据传输与更新，在MVB 硬件条件不足时，可满足设备软件程序的调试要求，并保证数据传输的完整性和实时性，大大提高开发和调试效率，减少开发调试环境搭建成本。