如今，列車制造商公司為現(xiàn)代列車配備強大的通信網(wǎng)絡，以便對列車進行有效控制。這一方面是為了給乘客提供更穩(wěn)定流暢的網(wǎng)絡連接服務，但更重要的是，隨著列車增加對數(shù)據(jù)帶寬的需求，鐵路管理部門需要安全、可靠的網(wǎng)絡來對高速行駛的列車進行控制，這是一個關乎公共安全的問題。

1. HSR/PRP協(xié)議在列車通信上的應用

20世紀80 年代，在火車上引入新的精密電子設備時，鐵路部門必須使用通信系統(tǒng)來交換數(shù)據(jù)。列車制造商提供了幾種現(xiàn)場總線，但它們在大規(guī)模運輸系統(tǒng)的關鍵要求中使用存在一定的困難。1999 年，IEC 發(fā)布了列車車載通信標準，稱為 IEC 61375 或 TCN（列車通信網(wǎng)絡）。在相當長一段時間內(nèi)，該標準是解決這些問題的國際通用方法。

隨著技術的發(fā)展和列車上通訊設備的增加，對巨大帶寬的需求迫使 TCN 集成并利用以太網(wǎng)骨干網(wǎng)絡。但是，這種集成可能會損害 TCN 的可靠性、安全性和實時性。相比于普通人日常連接網(wǎng)絡來說，在鐵路軌道上的電子信號對網(wǎng)絡基礎設施有著更高的要求，這主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)吞吐率、使用周期成本和可擴展性上。因此，這些設施應該具備高水平的可用性、安全性，并且易于集成。在這種情況下，并行冗余協(xié)議 ( PRP ) 和高可靠性無縫冗余 ( HSR ) 協(xié)議是一種有效的解決方案。此外，采用HSR/PRP作為冗余手段，以太網(wǎng)-TCN網(wǎng)絡就能以一種自然而然地方式管理網(wǎng)絡中的冗余以及其它多種成分。

基于虹科SoC-e的TCN

在可用性方面，作為比較，此處列出不同協(xié)議和類型的典型切換（在網(wǎng)絡中查找和使用新路由）所需的時間：

標準IP協(xié)議：10s

快速生成樹協(xié)議（RSTP）：1s

介質(zhì)冗余協(xié)議 (MRP)：100 毫秒

跨網(wǎng)冗余協(xié)議 (CRP)：400 毫秒

并行冗余協(xié)議 (PRP)：零恢復時間

高可靠性無縫冗余 (HSR)：零恢復時間

2. 虹科SoC-e HSR/PRP解決方案

虹科與西班牙合作伙伴SoC-e/RELYUM給國內(nèi)的客戶帶來了有關于HSR/PRP的多種解決方案，包括面向OEM廠商的基于FPGA的HPS（HSR/PRPSwitch）、MRS（Managed RedundantSwitch）IP核，面向工業(yè)終端用戶的成品HSR/PRP板卡、交換機等等。

HSR/PRP 交換機 IP核

HSR-PRP 交換機是一個完整的硬件解決方案，它可以通過利用新的 Xilinx Vivado工具輕松集成到FPGA 設計中，該工具允許在圖形用戶界面中使用 IP 核并以簡單的方式配置 IP 參數(shù)。另外，它還能在 HSR 環(huán)網(wǎng)、PRP Lans 或在 IEC 61850 環(huán)境中起著網(wǎng)絡橋接器的作用。

詳細介紹

1、集成10/100/1000多速率MAC，可提供(R)(G)MII接口與PHY芯片對接

2、提供基于輸入端口、VLANPCP（802.1Q）、DSCP TOS(IPv4/IPv6)等方式的QoS管理機制

3、支持自定義的基于源、目的MAC的報文幀過濾，支持最高4Kbytes的巨型幀

4、實現(xiàn)HSR/PRP冗余協(xié)議，HSR模式下支持HSR-SAN、HSR-PRP、HSR-HSR三種運行模式

5、支持1588v2混合時鐘（僅從站）、IRIG-B主時鐘的同步方式


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6、向外部提供AXI4-Lite、UART、MDIO、CoE(Configurationover Ethernet)這四種配置IP內(nèi)部的控制/統(tǒng)計用寄存器的手段

7、支持Xilinx旗下多個系列、多個型號的FPGA，如6系列的Spartan、Virtex，7系列的Zynq,Spartan, Artix, Kintex, Virtex等