基于HSR/PRP冗余协议为现代列车配备安全可靠的通信网络

摘要：随着移动通讯设备的普及和列车上精密电子设备的增加，列车运行时对数据带宽的需求也不断增加，进一步对列车通信网络的安全可靠性提出了更高的要求。HSR/PRP冗余协议是一项零丢包的高可靠性技术，可以为列车制造商提供有效的解决方案。

引言

如今，列车制造商公司为现代列车配备强大的通信网络，以便对列车进行有效控制。这一方面是为了给乘客提供更稳定流畅的网络连接服务，但更重要的是，随着列车增加对数据带宽的需求，铁路管理部门需要安全、可靠的网络来对高速行驶的列车进行控制，这是一个关乎公共安全的问题。

HSR/PRP协议在列车通信上的应用

20世纪80 年代，在火车上引入新的精密电子设备时，铁路部门必须使用通信系统来交换数据。列车制造商提供了几种现场总线，但它们在大规模运输系统的关键要求中使用存在一定的困难。1999 年，IEC 发布了列车车载通信标准，称为 IEC 61375 或 TCN（列车通信网络）。在相当长一段时间内，该标准是解决这些问题的国际通用方法。

随着技术的发展和列车上通讯设备的增加，对巨大带宽的需求迫使 TCN 集成并利用以太网骨干网络。但是，这种集成可能会损害 TCN 的可靠性、安全性和实时性。相比于普通人日常连接网络来说，在铁路轨道上的电子信号对网络基础设施有着更高的要求，这主要体现在数据吞吐率、使用周期成本和可扩展性上。因此，这些设施应该具备高水平的可用性、安全性，并且易于集成。在这种情况下，并行冗余协议 ( PRP ) 和高可靠性无缝冗余 ( HSR ) 协议是一种有效的解决方案。此外，采用HSR/PRP作为冗余手段，以太网-TCN网络就能以一种自然而然地方式管理网络中的冗余以及其它多种成分。

基于虹科SoC-e的TCN

在可用性方面，作为比较，此处列出不同协议和类型的典型切换（在网络中查找和使用新路由）所需的时间：

标准IP协议：10s
快速生成树协议（RSTP）：1s
介质冗余协议 (MRP)：100 毫秒
跨网冗余协议 (CRP)：400 毫秒
并行冗余协议 (PRP)：零恢复时间
高可靠性无缝冗余 (HSR)：零恢复时间

虹科SoC-e HSR/PRP解决方案

虹科与西班牙合作伙伴SoC-e/RELYUM给国内的客户带来了有关于HSR/PRP的多种解决方案，包括面向OEM厂商的基于FPGA的HPS（HSR/PRPSwitch）、MRS（Managed RedundantSwitch）IP核，面向工业终端用户的成品HSR/PRP板卡、交换机等等。

虹科HSR/PRP 交换机 IP核

HSR-PRP 交换机是一个完整的硬件解决方案，它可以通过利用新的 Xilinx Vivado工具轻松集成到FPGA 设计中，该工具允许在图形用户界面中使用 IP 核并以简单的方式配置 IP 参数。另外，它还能在 HSR 环网、PRP Lans 或在 IEC 61850 环境中起着网络桥接器的作用。

虹科HSR/PRP 交换机 IP核的关键特性

1、集成10/100/1000多速率MAC，可提供(R)(G)MII接口与PHY芯片对接
2、提供基于输入端口、VLANPCP（802.1Q）、DSCP TOS(IPv4/IPv6)等方式的QoS管理机制
3、支持自定义的基于源、目的MAC的报文帧过滤，支持最高4Kbytes的巨型帧
4、实现HSR/PRP冗余协议，HSR模式下支持HSR-SAN、HSR-PRP、HSR-HSR三种运行模式5、支持1588v2混合时钟（仅从站）、IRIG-B主时钟的同步方式
6、向外部提供AXI4-Lite、UART、MDIO、CoE(Configurationover Ethernet)这四种配置IP内部的控制/统计用寄存器的手段
7、支持Xilinx旗下多个系列、多个型号的FPGA，如6系列的Spartan、Virtex，7系列的Zynq,Spartan, Artix, Kintex, Virtex等

若想获取更多资料或试用机会，欢迎与虹科进行联系。