具有总线管理功能的MVB四类设备关键技术的研究与实现

摘要

列车通信网络TCN是我国应用最广的列车通信网络标准。TCN按功能分为WTB(绞线式列车总线)和MVB(多功能车辆总线)。具有总线管理功能的MVB四类设备是MVB的技术核心，进行MVB四类设备关键技术的研究对开发具有自主知识产权的MVB产品十分关键。 本文在对MVB协议和MVB四类设备结构进行深入分析的基础上，探讨开发MVB四类设备中的关键技术即MVB四类设备总线控制器的研制和协议栈模块的任务调度问题。根据MVB四类设备总线控制器的功能将其划分为：存储器控制模块TMC、主控单元MCU、编解码单元，采用自顶向下开发模式，在FPGA里实现MVB四类设备总线控制器功能。 MVB通信具有很强的实时性，周期相与偶发相任务各具特点，单一的任务调度算法不能满足要求。论文设计了双层选择任务调度算法，上层根据所处相选择任务调度算法，下层根据任务调度算法选择任务，解决了协议栈中任务模块实时调度的问题。对MVB协议栈结构划分，在Linux平台下运用C编程实现变量传输的功能与总线管理的功能，在链路层通过内存映象的方式实现系统访问共享内存的底层接口，在应用层针对不同应用实现单个变量访问、集合访问和群集访问的功能，采用定时器实现链路介质分配，通过先序遍历事件仲裁二叉树实现事件仲裁等。 建立MVB设备测试平台。该平台由标准的MVB测试设备，MVB总线管理单元、MVB协议分析仪及被测设备组成，通过MVB协议分析仪对被测设备进行分析，测试表明四类设备的关键技术功能与标准设备兼容性良好，符合IEC61375标准。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2列车通信网络发展历程及国内外研究现状

1.2.1国外列车通信网络发展与应用

1.2.2国内列车通信网发展与应用

1.3论文的研究内容

1.4论文的组织结构

第二章MVB四类设备关键技术研究

2.1 MVB四类设备需求分析

2.1.1 MVB网络通信原理

2.1.2 MVB通信实时性分析

2.1.3 MVB四类设备结构分析

2.1.4 MVB四类设备硬件框图

2.2 MVB总线控制器设计分析

2.3任务调度算法分析

2.4 小结

第三章基于FPGA的总线控制器设计

3.1总线控制器总体设计

3.1.1总线控制器电路设计

3.1.2总线控制器接口设计

3.1.3总线控制器功能结构设计

3.2总线控制器模块功能详细设计

3.2.1存储器控制模块功能设计

3.2.2主控单元MCU功能设计

3.2.3曼彻斯特编解码模块

3.3总线控制器仿真验证

3.4总线控制器综合及下载

3.5 小结

第四章双层选择任务调度算法设计

4.1任务调度基本理论

4.1.1任务调度基本概念

4.1.2实时任务分类

4.1.3实时调度策略研究

4.2双层选择任务调度算法框架设计

4.3双层选择任务调度算法实现

4.3.1上层调度选择模块实现

4.3.2 RM调度算法实现

4.3.3 EDF调度算法的实现

4.4双层选择任务调度测试

4.5 小结

第五章MVB四类设备功能实现

5.1 MVB四类设备功能设计

5.2过程数据传输功能实现

5.2.1基于内存映象的链路层接口实现

5.2.2应用变量接口实现

5.3总线管理功能实现

5.3.1基于定时器的链路介质分配功能实现

5.3.2基于先序遍历的事件仲裁实现

5.3.3主权转移功能实现

5.4四类设备功能测试

5.4.1变量传输测试

5.4.2总线管理功能测试

5.5 小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的论文情况和科研情况