具有总线管理功能的MVB四类设备关键技术的研究与实现

中南大学硕士学位论文具有总线管理功能的MVB四类设备关键技术的研究与实现姓名：周胜申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：黄志武20080401具有总线管理功能的MVB四类设备关键技术的研究与实现作者：周胜学位授予单位：中南大学相似文献(8条)1.学位论文蔡颖多功能车厢总线控制器（MVBC）的研究与设计2005西方发达国家的列车通信网的研究与应用已较为普及，而国内只有少数院校和科研院所有相关研究。目前MVB的产品和技术被国外的几个公司垄断，而我国对引进技术的理解消化和二次开发都做的不够。这严重阻碍了MVB在国内机车上的推广使用，同时也不利于研制具有自主知识产权的列车通信网络产品和日后制订中国自己的列车通信网络标准。正是基于这种原因，本文对TCN中的MVB技术进行了仔细研究，分析比较了MVB同其它的几种通用现场总线的优缺点和应用特点。并在深入了解MVB的通信机制的基础上，设计了一款MVB核心专用芯片多功能车厢总线控制器(MVBC)。设计采用自上而下的EDA设计方法和功能相关的模块分组验证方法，电路设计采用Verilog代码描述，仿真工具采用Synopsys公司的VCS，综合与FPGA验证采用Xilinx的集成开发环境ISE。目前各个模块的代码设计已完毕，并通过了软件仿真，正在进行FPGA板级验证准备工作。由于MVBC系统复杂，对可靠性、安全性、实时性、稳定性以及寿命的要求高，同时还需要面临电磁干扰、大跨度的温差、强机械震动等恶劣环境，要走入实用至少需要几年的时间进行各种硬件功能测试和现场稳定性测试。2.学位论文茅乾博基于FPGA的MVBC设计与开发2009随着动车组的日益普及，列车上传输的信息量不断增长，列车通信网络(TCN)将扮演越来越重要的角色。列车通信网络协议，即IEC61375-1标准，将列车通信网络分为两部分：联接各节可动态编组车辆的铰链式列车总线WTB和联接车辆内固定设备的多功能车辆总线MVB。在国内列车上应用的MVB相关产品和技术大多从国外进口。我国对这方面技术的研究和开发应用处于起步阶段，尚无法打破外国的垄断。这不利于研制具有自主知识产权的列车通信设备，影响了我国列车通信网络的发展，阻碍了我国制定自己的列车通信网络标准的步伐。br　　基于上述原因，本文研究了TCN协议并深入分析了MVB技术。根据TCN协议规定，与MVB总线联接的设备共分为5类，每类设备都必须通过总线控制器挂到MVB上。MVB技术应用的关键在于研制MVB总线控制器(MVBC)。本文在理解消化TCN协议的基础上，提出了采用FPGA实现MVBC的方案。此方案在FPGA芯片上实现了2、3、4类MVB设备控制器的功能。br　　根据TCN协议，将MVBC划分为八大功能模块：编码模块、译码模块、报文分析模块、内部寄存器模块、主控制单元、中断逻辑、通信存储控制器和地址逻辑，并采用Venlog硬件描述语言实现对上述各模块的RTL电路设计。本文重点设计了编码模块、中断逻辑、通信存储控制器以及地址逻辑模块，并使用ISE集成开发环境和SynplifyPro综合工具对这些模块进行了设计综合，最后在ModelSim仿真平台上仿真验证了这些模块。br　　在实验室环境下，仿真得到了符合TCN协议的帧波形，结果表明本文设计的模块功能满足TCN协议要求。通过本文研究可知，用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。3.学位论文牛涛基于IEC61375标准的MVB通信控制器的设计2006随着列车高速化、自动化的发展，集列车控制、故障诊断以及旅客服务信息处理于一体的列车通信网络(TCN-TrainCommunicationNetwork)技术已经成为高速电力列车上控制系统的关键技术。符合国际标准的列车通信网络设备的开发与应用有着极其广阔的前景。本课题在分析列车通信网络特别是多功能车厢总线(MVB-MultifunctionVehicleBus)的前提下，提出了基于FPGA的MVB通信控制器的设计方法，并给出了硬件和软件的具体实现。本文在第一章中根据国内外列车通信网技术的对比，引出本文要解决的问题。随后在第二章和第三章针对研究对象TCN及MVB的通信机制进行了深入研究，为MVBC的设计实现做了铺垫。第四章和第五章针对MVBC的总体及内部各个模块进行设计，实现各个模块的功能，使之符合MVB通信标准。第六章对MVBC的各个模块进行FPGA验证。第七章对全文进行总结和展望。MVBC设计采用自上而下的EDA设计方法和功能相关的模块分组验证方法，电路设计采用Verilog代码描述，仿真工具采用ModelSim，综合与FPGA验证采用Altera的集成开发环境Quartus。目前各个模块的代码设计已完毕，并通过了软件仿真，正在进行FPGA板级验证工作。列车车辆的现代化的发展趋势与可靠性、安全性、通讯实时性的要求使MVB有着广泛的应用前景。本设计在该领域上填补了国内的空白，为我国实现TCN的自主开发形成了一个突破口，同时自身也具有巨大的市场价值和技术价值。4.学位论文罗成多功能车辆总线控制器的FPGA设计与开发2009随着计算机网络与嵌入式控制技术的迅速发展，作为传统运输行业的铁路系统对此也有了新的要求，列车通信网络应运而生。经过多年的发展，国际电工委员会(IEC)为了规范列车通信网络，于1999年通过了IEC61375-1标准。该标准将列车通信网络分为两条总线：绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。MVB是一个标准通信介质，为挂在其上的设备传输和交换数据。而多功能车辆总线控制器(MVBC)是MVB与MVB实际物理层之间的接口，其主要实现MVB数据链路层的功能。由于该项关键技术仍被国外公司垄断，因此开发具有自主知识产权的MVBC迫在眉睫。br　　鉴于上述原因，本文深入研究了IEC61375-1标准。根据MVBC的技术特点，本文提出了使用FPGA来实现其具体功能的方案。挂在MVB总线上的设备分为五类，他们的功能各不相同。而支持4类设备的MVBC具有设备状态、过程数据、消息数据通信和总线管理功能，并且兼容2类和3类设备。本文的目的就是用FPGA实现支持4类设备的MVBC。br　　本文采用自顶向下的设计方法。整个MVBC主要划分为：编码模块、译码模块、冗余控制模块、报文分析单元、通信存储控制器、主控制单元、地址逻辑模块。在整个开发流程中，使用Xilinx的ISE集成开发环境。使用VerilogHDL硬件描述语言对上述各个模块进行RTL级描述，并用SynplifyPro进行综合。最后，在ModelSim中对各个模块进行了布线后仿真和验证。br　　在实验室条件下，通过严格的仿真验证后，其结果证明了本文设计的模块达到了IEC61375-1标准的要求。因此，用FPGA实现MVBC这一方案具有可操作性。5.学位论文龚志鹏基于MVB的新一代机车逻辑控制单元的研究2005本文研究设计了基于多功能车辆总线的机车逻辑控制单元，讨论了列车通信网络实时协议的实现。传统的列车控制系统功能有限，列车的许多设备不能实现数据共享，各车辆的信息更是难以及时掌握。随着信息科学的发展，计算机网络技术为各种信息共享提供了完美的解决方案，并在自动控制领域获得了广泛应用，基于分布式网络的列车控制系统成为发展趋势。列车通信网络由国际电工委员会制定，是用于列车实时监控和信息处理的数据通讯标准。列车通信网络分成两层，即绞线式列车总线和多功能车辆总线。列车通信网络有效地解决了列车长期面临的机车重联，动态编组，联动控制等问题。列车通信网络正得到越来越广泛的支持和应用，并成为我国国家标准。对列车通信网络进行了深入研究，认真分析了电力机车的电气控制系统，对机车的车辆总线结构进行了初步的探讨，设计开发了能够支持列车通信网络的新一代机车逻辑控制单元。按照多功能车辆总线标准，利用现场可编程逻辑门阵列器件和硬件描述语言，重点设计了多功能车辆总线控制器，并对其各项功能进行了仿真，在此基础上，开发了多功能车辆总线的网络接口卡，然后，将其运用到新一代机车逻辑控制单元，实现了机车逻辑控制单元的网络功能。6.学位论文陈艳子MVB网络接口单元的研究与FPGA实现2008列车通信网络(TCN)是铁路列车车辆之间和车辆内部可编程设备互联传送控制、检测与诊断信息的数据通信网络。国际电工委员会(IEC)为此制定了IEC61375-1TCN标准,它将列车通信网络分成连接各节可动态编组车厢的绞线式列车总线(WTB)和连接车厢内固定设备的多功能车辆总线(MVB)。目前MVB的产品和技术被国外几个公司垄断,而我国对引进技术的理解消化和二次开发都做的不够,同时也不利于研制具有自主知识产权的列车通信网络产品和同后制定中国自己的列车通信网络标准。鉴于上述原因,本文对。TCN中的MVB技术进行了深入研究。本文以现在流行的现场总线技术为背景,深入分析了车载数据通信理论知识,将多种车载总线与TCN标准中的MVB和WTB在各个方面进行比较,突出了MVB总线应用于车辆中的优点,采用FPGA+SOC的方式设计并实现了MVB接口单元,运用MVB网络性能分析来评定网络信道的利用率和网络的运作情况。通过追踪国内外列车通信网络技术发展现状及其研究方法,分析比较通用的现场总线(如:LonWorks、WorldFIP、CAN等)的优缺点和应用特点的基础上,分析研究了TCN标准中的MVB总线物理层和数据链路层协议的特点,剖析了MVB通信控制器和数据通信原理,采用SOPC和硬件描述语言相结合的方法设计并实现了多功能车厢总线控制器(MVBC)。这对于处于起步阶段的我国铁路列车网络来说,具有重要的理论指导意义和实际应用价值,必将为推动我国列车通信网络向国际标准化接轨起到促进作用。为了我国城市轨道交通事业的发展与国际接轨,还需要进一步研究：(1)对列车通信网络技术进行深入系统的研究；(2)在现有的SOC构建的操作系统uc/osII上认真研究MVB的上层协议并完善MVB协议的上层应用；(3)建立全方位统一列车状态监测与故障诊断、车载数据管理、地面数据采集与处理的人机界面,扩大TCN用于列车安全、乘客舒适和运行管理等方面的应用范围。7.期刊论文李中奇.杨丰萍.郭万岭.幸柒荣.LIZhong-qi.YANGFeng-ping.GUOWan-ling.XINGQi-rong多功能车辆总线控制器编码器设计-华东交通大学学报2009,26(6)分析了目前国内外多功能车辆总线的发展状况及自主研制MVB总线控制器及MVB网络接口卡对于我国轨道交通的现实意义,介绍了基于CRC循环冗余校验和偶校验的基本原理,并根据TEN协议,在MVB总线中设计了一个由7位CRC校验码和1位偶校验位构成的具有双重校验的8位校验序列,大大提高了数据传输中的检错能力与可靠性.设计采用Quar-tusⅡ软件与VHDL语言实现,最终得到校验序列编码器的正确仿真波形,结果表明完全达到了预期的设计要求.8.学位论文叶怀胜地铁列车通信网络研究与实现2009目前广州地铁一号线仍采用全进口车辆，其车辆总线由西门子公司研制，已运行10年之久。为了解决一号线车辆总线设备老化、备件昂贵、采购周期长等问题，同时也希望通过国产化技术改造，对原车辆总线进行必要的优化升级，本文研究并优化了广州地铁一号线车辆总线控制器。针对广州地铁一号线车辆总线的协议规范，本文以现场可编程门阵列（FPGA）为平台设计了具有自主知识产权的数据链路层和物理层软核。数据链路层软核主要由先入先出（FIFO）模块，循环冗余码校验（CRC）模块，串并转换模块等组成。其中FIFO模块用于解决异步时钟读写缓存问题；CRC模块用于收发双方校验数据；串并转换模块用于实现8路并行数据和串行数据的转换。物理层软核主要用于完成不归零码（NRZ）与曼彻斯特码之间的转换，以及从输入的曼彻斯特码中提取位同步时钟。位同步时钟不但是编解码模块的基准时钟，其二分频后也是数据链路层模块的基准时钟。本文采用了构造FPGA片内全数字锁相环（DPLL）的方法来实现位同步时钟的提取，此方案具有抗干扰能力强，