[논문]TCN(IEC-61375-1)의 MVB 기반 슬레이브 컨트롤러 구현 및 시뮬레이션

설재윤; 김석헌; 박재현

TCN(IEC-61375-1)의 MVB 기반 슬레이브 컨트롤러 구현 및 시뮬레이션
Implementation and simulation a slave module based on MVB of the TCN(IEC 61375-1) 원문보기

설재윤 (인하대학교 정보통신공학과) , 김석헌 (인하대학교 정보통신공학과) , 박재현 (인하대학교 정보통신공학과)

열차 통신의 목적은 분산 제어 시스템에서 빠르고 정확한 데이터 교환에 있다. 이를 위하여 개발되고 1999년 IEC와 IEEE에 의해 국제 규격으로 승인된 TCN(Train Communication Network)은 차량간 통신 버스인 WTB(Wired Train Bus)와 차량내 통신 버스인 MVB(Multifunction Vehicle Bus)의 이중 계층 구조로 구성되며 TCN의 데이터 서비스는 프로세스 데이터, 메시지 데이터, 관리용 데이터의 세가지 데이터 서비스로 구분된다. MVB는 전송 가능한 데이터 서비스에 따라 디바이스의 클래스가 나눠지게 된다. 본 논문에서는 MVB에서 버스 마스터의 프레임에 따라 데이터를 보낼 수 있는 슬레이브 컨트롤러의 구성과 시뮬레이션을 통해 구현된 장치의 기능이 국제 표준의 제안사항들을 따르고 있는 지 증명한다.

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문제 정의

TCN의 차량내 제어기기간 상호 연결을 담당하는 MVB(Multifunction Vehicle Bus)는 데이터의 전송방식에 따라 디바이스의 클래스를 분류하게 된다. 본 논문에서는 TCN의 구성인 MVB에서 마스터 프레임의 F-code와 주소값을 기초로 데이터 서비스를 결정하는 슬레이브 컨트롤러의 설계와 국제 표준 IEC 61375-1에 정의된 내용과 시뮬레이션 결과를 비교 검토하여 그 성능을 증명하고자 한다.
본 연구는 TCN(IEC 61375-1)의 MVB를 분석하고 분석된 내용을 바탕으로 MVB의 슬레이브 컨트롤러를 디자인 하였다. 또한 시뮬레이션을 통하여 스탠다드에 제시되어 있는 제한사항을 만족하는지 확인하였다.

제안 방법

위와 같은 접근을 하기 위해 F-code에 따라 스테이트머신을 주기적 전송구간과 비주기적 전송구간으로 나누어 설계를 하였다. MVB의 기본 통신 규격은 RS-485를 이용한 멘체스터 인코딩 방식으로 맨체스터 통신을 안정적으로 디코딩하기 위해서는 비트당 16개의 샘플링을 통하여 비트를 디코딩하여 24Mhz으로 동작하도록 설계되었다. MVB의 주기적 전송에서의 데이터 전송은 주어진 시간 내에 데이터 전송을 필요하기에 2~6us동안 256비트의 데이터를 가진 슬레이브 데이터를 처리 할 수 있어야 한다.
본 연구는 TCN(IEC 61375-1)의 MVB를 분석하고 분석된 내용을 바탕으로 MVB의 슬레이브 컨트롤러를 디자인 하였다. 또한 시뮬레이션을 통하여 스탠다드에 제시되어 있는 제한사항을 만족하는지 확인하였다. 향후 연구 과제로는 MVB 컨트롤러를 완벽하게 구현하기 위해서는 버스 마스터 컨트롤러 구현과 상용칩과의 데이터 통신을 통한 검증이 필요할 것이다.
위와 같은 접근을 하기 위해 F-code에 따라 스테이트머신을 주기적 전송구간과 비주기적 전송구간으로 나누어 설계를 하였다. MVB의 기본 통신 규격은 RS-485를 이용한 멘체스터 인코딩 방식으로 맨체스터 통신을 안정적으로 디코딩하기 위해서는 비트당 16개의 샘플링을 통하여 비트를 디코딩하여 24Mhz으로 동작하도록 설계되었다.

성능/효과

MVB의 주기적 전송에서의 데이터 전송은 주어진 시간 내에 데이터 전송을 필요하기에 2~6us동안 256비트의 데이터를 가진 슬레이브 데이터를 처리 할 수 있어야 한다. 설계된 슬레이브 컨트롤러는 마스터 프레임을 인식 후, F-code에 따라 256비트의 데이터를 처리하는데 걸린 시간이 2.9us로 제한사항을 만족하고 있었다.

후속연구

또한 시뮬레이션을 통하여 스탠다드에 제시되어 있는 제한사항을 만족하는지 확인하였다. 향후 연구 과제로는 MVB 컨트롤러를 완벽하게 구현하기 위해서는 버스 마스터 컨트롤러 구현과 상용칩과의 데이터 통신을 통한 검증이 필요할 것이다.

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