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TCN多功能车辆通信总线的FPGA设计

作　者: 余雷
导　师: 陈少平
学　校: 中南民族大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 列车通信网络多功能车辆总线车辆总线控制器嵌入式系统实时操作系统
分类号: TP336
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着列车自动化控制和现场总线技术的发展,基于分布式控制系统的列车通信网络技术TCN(IEC-61375)在现代高速列车上得到广泛应用。TCN协议将列车通信网络分为绞线式列车总线WTB和多功能车辆总线MVB,其中WTB实现对开式列车中的互联车辆间的数据传输和通信,MVB实现车载设备的协同工作和互相交换信息。本文介绍了国内外列车通信网络的发展情况和各自优势,分析了MVB一类设备底层协议。研究利用FPGA实现MVB控制芯片MVBC,用ARM作为微处理器实现MVB一类设备的嵌入式解决方案。其中,在FPGA芯片中主要采用自顶向下的设计方法,RLT硬件描述语言实现MVB控制芯片MVBC一类设备的主要功能,包括帧编码器、帧解码器和逻辑接口单元。ARM主要完成了软件程序的编写和实时操作系统的移植。在eCos实时操作系统上,完成了驱动和上层应用程序,包括端口初始化、端口配置、帧收发指令和报文分析。为了验证设计的正确性,在设计的硬件平台基础上,搭建了MVB通信网络的最小系统,对网络进行系统功能测试。测试结果表明:设计方案正确,达到了设计的预期要求。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第1章绪论  10-14
  1.1 引言  10
  1.2 主流列车通信总线同MVB/WTB 的比较  10-12
  1.3 国内研究状况  12-13
  1.4 本文研究内容  13-14
第2章 MVB 底层协议  14-20
  2.1 TCN 体系  14
  2.2 物理层  14-16
    2.2.1 传输介质  14-15
    2.2.2 MVB 设备分类  15-16
  2.3 数据链路层  16-20
    2.3.1 帧的编码和解码  16-17
    2.3.2 帧结构  17-18
    2.3.3 链路层控制  18-20
第3章嵌入式硬件平台搭建  20-24
  3.1 嵌入式系统简介  20
  3.2 嵌入式开发流程  20-21
  3.3 硬件平台搭建  21-24
第4章 MVB 内核的FPGA 实现  24-46
  4.1 MVB 帧编码器  25-33
    4.1.1 编码器结构  26
    4.1.2 发送时钟分频  26-27
    4.1.3 发送缓存模块  27-28
    4.1.4 发送控制寄存器模块  28-29
    4.1.5 编码发送状态机  29-31
    4.1.6 循环冗余校验CRC  31-32
    4.1.7 移位寄存器  32
    4.1.8 帧编码器综合仿真  32-33
  4.2 MVB 帧解码器  33-40
    4.2.1 解码器结构  34
    4.2.2 接收缓存模块  34
    4.2.3 接收控制寄存器模块  34-36
    4.2.4 解码接收状态机  36-40
    4.2.5 MVB 帧解码器综合仿真  40
  4.3 接口单元的FPGA 实现  40-46
    4.3.1 接口单元的FPGA 实现  40-45
    4.3.2 MVB 接口单元综合仿真  45-46
第5章嵌入式软件环境构建  46-53
  5.1 软件体系构架  46
  5.2 板级支持包BSP  46-47
  5.3 eCos 实时操作系统的移植  47-49
  5.4 实时协议  49-50
    5.4.1 报文分析  49
    5.4.2 通信存储器  49-50
  5.5 应用程序  50-53
第6章系统测试及验证  53-57
  6.1 系统测试平台搭建  53
  6.2 软件配置  53-54
  6.3 测试结果  54-57
第7章总结与展望  57-58
  7.1 研究工作总结  57
  7.2 研究工作展望  57-58
参考文献  58-61
致谢  61-62
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  62

TCN多功能车辆通信总线的FPGA设计

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