列车通信网中多功能车辆总线一类设备的FPGA实现

中南大学硕士学位论文列车通信网中多功能车辆总线一类设备的FPGA实现姓名：魏宜军申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：彭军20070501列车通信网中多功能车辆总线一类设备的FPGA实现作者：魏宜军学位授予单位：中南大学相似文献(10条)1.期刊论文王克举.朱琴跃.李玲.WangKeju.ZhuQinyue.LiLing基于模型视图控制器框架的多功能车辆总线一致性测试的实现-城市轨道交通研究2007,10(4)一致性测试是通信设备实现互操作的必要条件.简单介绍了对列车通信网(TCN)进行一致性测试的重要性和模型视图控制器(MVC)框架.重点描写了对多功能车辆总线(MVB)进行一致性测试所包括的内容、测试的方案和步骤,以及如何在MVC这种优秀的框架中实现.在实验室搭建了测试平台,使用的是Duagon公司D114MVB网卡,测试结果真实有效.2.学位论文刘波基于多功能车辆总线的列车网络关键技术的研究与应用2005目前，世界各国的新式列年均采用列车通信网TCN(TrainCommunicationNetwork)传输列年上大量的控制和服务信息，但我国列车上使用的列车通信网络设备多为国外引进。因此迫切需要研制具有我国自主知识产权的列车通信网设备。本文首先对列车通信网协议的变量通信和消息通信的机制进行了详细讨论。分别对变量通信使用的周期轮询、源寻址广播和消息通信便用的事件巡回、事件搜索算法等关键技术进行了分析研究，并与其它网络和现场总线的棚关实现技术进行了对比。这些关键技术是列车上数据传输的实时性和可靠性的有力保证，关键技术的研究为列车通信网络设备的开发奠定了理论基础。为了实现列车通信网中节点的开发，前先，在实验室组建了一个基于多功能车辆总线的通信网络，基于变量和消息的通信机制，采用多功能车辆总线的应用程序接口函数编程实现了变量和消息通信。然后，对当前列车通信网设备的主要开发方式进行了综合比较，选用了目前较为先进的数字系统开发工具FPGA和VerilogHDL硬件描述语言作为开发平台，针对曼彻斯特编码与解码、帧头的收发等点、提出了倍频技术的解决方案，同时也解决了循环冗余码校验、帧同步、通信存储器的实现、各子模块的无缝衔接等难题。通过仿真、综合并将文件下载到FPGA中运行，实现了列车通信网中一类节点的通信功能。为列车通信网中总线管理器和网关等高类设备的开发奠定了坚实的基础。3.学位论文王磊基于DSP的多功能车辆总线控制系统的设计与研究2007随着嵌入式微机控制技术和现场总线技术的发展，现代列车的过程控制已从集中型的直接数字控制系统发展成为基于网络的分布式控制系统。IEC-61375一列车通讯网络(TCN)标准是IEC联合UIC经过十年的工作，提出的一个用于规范车载设备数据通讯标准，列车通讯网络分为用于连接各节可动态编组的车辆的列车级通讯网WTB和用于连接车辆内固定设备的车辆通讯网络MVB。基于分布式控制的MVB(多功能车辆总线)是IEC61375-1(1999)TCN的标准方案，与WTB(绞线式列车总线)构成的列车通讯总线具有实时性强、可靠性高的特点。作为MVB设备上唯一专用核心器件MVBC(多功能车辆总线控制器)，其生产技术为国外少数厂商所垄断，因此，国内对于MVB总线的研究和应用也受到国外技术封锁和价格等因素的限制。为了对MVB作广泛深入的研究和应用，自主开发MVBC是首要任务。正是基于这种原因，本文对TCN中的MVB技术进行了仔细的研究，分析比较了MVB同其他几种通用现场总线的异同。并在深入理解MVB的通信机制的基础上，按照多功能车辆总线的标准，设计了数字信号处理器(DSP)+可编程逻辑阵列(CPLD)的MVB控制系统。该设计的核心部分包含一个用于链路层和网络层的微控制器，一个用于执行物理层的编码/解码器(CPLD)和总线驱动器，以实现从节点通信。论文详细介绍了TCN的体系结构和MVB的基本原理，从理论上对其进行了分析，通过与IEEE802.3和以太网中广泛使用的载波监听多点接入(CSMA/CD)数据链路控制方式进行的对比分析，表明MVB传送过程数据时在吞吐率、时延等方面均具有优势。虽然在传送消息数据时，CSMA/CD优势较明显，但考虑到其MAC最短帧长的限制和阻塞信号造成的信道浪费，以及所选用的退避算法不能保证通信的可靠性和及时性，因此MVB更适合应用于实时性和安全性要求非常高的列车通信网控制系统。设计给出了系统总体和各功能模块框图以及详细的硬件原理图，用VerilogHDL程序实现了CPLD内部模块的功能，在MAXPLUJSII集成软件开发环境下做了调试仿真，给出了仿真试验结果，并对试验结果做了详细的分析。4.会议论文王鹏.张磊.严杰多功能车辆总线的通信性能分析及仿真2006介绍了多功能车辆总线的通信协议,提出了该总线网络的性能分析方法.通过对过程数据的分析,得出了过程数据的吞吐量.分析了主设备消息事件请求帧的特点,证明了请求帧的到达过程服从泊松分布,从而可以使用数学期望分析消息数据中多事件请求引起的报文增加数,进而得出了消息数据的吞吐量.最后,在不同网络负载条件下对该总线网络进行了网络性能仿真试验,并给出了仿真结果.5.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。6.学位论文宋国忠MVB实时协议和网络管理的研究与实现2005本文主要研究多功能车辆总线实时协议和网络管理。实时协议和网络管理是列车通信网络协议的两个重要组成部分，实时协议实现车载可编程设备之间的周期性的过程数据和偶发性的消息数据通信服务；网络管理提供了多个服务用于列车通信网络的测试、调试、运行及维修，通过这些管理服务来保障列车通信网可靠、安全、高效的运行。为此，分析了列车通信网结构和协议，阐述了实时协议和网络管理的实现技术。首先分析了列车通信网络体系结构，特别是多功能车辆总线，然后介绍了软件开发平台NucleusPlus嵌入式实时操作系统和硬件开发平台MVB接口芯片、32位ARM处理器。在综合比较了过程实现和进程实现两种通信方案优缺点后，给出了基于NucleusPlus嵌入式实时操作系统的实时协议和网络管理的实现方案。文中通过设计呼叫者事例和应答者事例两个主要结构体，采用状态机机制实现了实时协议的会话层和应用层。通过设计管理对象的管理信息库，在被管理站中的代理者接收到管理者发送的管理消息后，调用层管理接口函数操作管理信息库，实现了网络管理功能。最后给出实时协议和网络管理在实验室环境中搭建的多功能车辆总线平台上的运行效果，并对下一步工作进行了展望。7.期刊论文朱琴跃.谢维达.谭喜堂.赵亚辉.ZHUQin-yue.XIEWei-da.TANXi-tang.ZHAOYa-hui列车通信网性能测试的研究与实现-测控技术2007,26(2)以实际列车网络控制系统为对象,对其通信网络的响应时间、可靠通信概率、负载能力等性能指标的测试进行了研究.详细介绍了网络性能测试的工作原理和测试设备的硬件结构设计,分析了基于实时多任务调度的软件层次结构,并基于实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ实现了测试软件的设计,最终完成了对MVB网络性能指标的测试,对实际应用起到了很好的指导作用.8.学位论文柴庆芬一种高性能实时通信总线的研究和实现2005本论文首先简要介绍了TCN网络,然后以MVB总线为研究对象,详细讨论了MVB总线功能,从理论上对其进行了分析,通过与IEEE802.3和以太网中广泛使用的CSMA/CD数据链路控制方式进行的对比分析,表明MVB传送过程数据时在吞吐率、时延等方面均具有优势.虽然在传送消息数据时,CSMA/CD优势较明显,但考虑到其MAC最短帧长的限制和阻塞信号造成的信道浪费,以及所选用的退避算法不能保证通信的可靠性和及时性,MVB更适合应用于实时性和安全性要求非常高的列车通信网控制系统中.本文提出了基于单片机+CPLD体系结构的集成化设计方案.该方案的核心部分包含一个用于链路层和网络层的微控制器,一个用于执行物理层编码/解码的PLD和总线驱动器,以实现从节点通信.设计重点放在CPLD的功能实现上,给出了其详细的逻辑电路实现模块和部分程序,并对该模块今后的扩展工作也做了简要讨论.9.学位论文陈楚TCN数据传输实时性与可靠性的研究与实现2005列车通信网(TCN，TrainCommunicationNetwork)是将列车上各智能部件连在一起的网络，它由多功能车辆总线和绞线式列车总线组成。为了列乍的安全行使，列车通信网巾的数据传输必须迅速和可靠。现有的局域网技术无法保证数据传输的实时性和可靠性。列车通信网是采用实时性协议的主从式网络，它针对数据的重要程度有两种不同的数据传输方式：周期性数据传输和非周期性数据传输。它在保证数据传输实时性的同时还能对数据差错进行严格的控制，因此很好的满足了现代列下对控制和信息传输的高性能要求。本文首先研究了列车通信网的体系结构和网络中的两种数据的传输技术，对列车通信网上报文定时进行了详细分析，采用基于特征周期的变量轮询法来实现列车通信网中变量数据传输的实时性。针对列车通信网中的特殊帧格式和信号表示方式，提出在列车通信网中使用帧头、长度、编码规则和校验码来共同检测数据帧的正确性。并根据列车通信网的特点采用“半比特检错法”，使车辆总线数据帧能够在使用8比特作为校验和的情况下，仍能保持很高的检错率。最后，在成功搭建一个小型列车通信网的基础上，实现了网络中变量数据的实时通信，并采用基于曼彻斯特码元扩充和一种改进的校验和算法，编程实现了列车通信网中的数据差错控制。为实现列车通信网正常运行和列车安全行驶打下了坚实的基础。10.期刊论文曾秋芬.陈特放.刘毅斌.ZengQiufen.ChenTefang.LiuYibin列车通信网线路冗余研究-计算机测量与控制2009,17(6)列车通信网络(TCN)是现代列车控制、状态检测、故障诊断以及旅客服务等信息传输的高性能局域网;在介绍列车通信网结构的基础上,对多功能车辆总线和绞线式列车总线的线路冗余技术分别进行了研究,仔细分析了MVB冗余控制模块的输入输出信号,对其进行了子模块化设计,并通过给出线路受扰信号的时序图,详细讨论了WTB的线路切换;最后得出列车通信网的线路冗余技术保证了TCN系统的高可靠性.本文链接：