TCN网关相关技术的研究应用

论文摘要

列车通信网络（TCN）是符合IEC61375国际标准的列车网络,TCN作为列车通信网络标准之一,具有明显的优势,由绞线式列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）组成。网关是这两种网络的纽带,是WTB网络的载体,也是MVB网络中级别最高的5类设备,包含了大部分的TCN信息。国外厂商对列车网络及控制技术进行了垄断,相应的设备也己经开发成熟。而我国对列车控制网络的基础研究和开发应用相对较晚,网络设备和核心芯片目前仍需进口,直接导致网络维护难、费用高等问题。因此,加强基础理论性的研究,真正从底层掌握核心技术,开发出具有自主知识产权的产品,对于推动我国列车通信网络的建设,以及机车国产化的进行有着重要的意义。本文以网络高级设备TCN网关为切入点深入研究,研究工作主要围绕网关中WTB初运行与MVB总线管理器展开。TCN网关整体设计思想采用自上而下的EDA设计方法,电路逻辑实现采用Verilog HDL硬件语言描述,而软核硬件采用Altera公司的FPGA+NiosⅡ软核处理器来实现。通过研究与验证证明了对标准理解的正确性。在MVB、WTB分层设计上,采用自下而上的设计思想,利用SOPC技术设计自主知识产权的总线访问IP核;利用功能强大的Avalon总线结合NiosⅡ软核处理器,定制专用的处理器核心芯片,实现应用层的WTB初运行与MVB总线管理功能。在前述研究成果的基础上,结合现有多节点、具有MVB从设备接口的车载检测系统,验证MVB总线管理器应用的功能,并完成多个WTB节点初运行的试验。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 列车通信网络概述
• 1.1.2 列车通信网络网关的意义
• 1.2 SOPC技术概述
• 1.3 课题背景
• 1.4 研究内容及目标
• 第二章 网关整体设计思想
• 2.1 TCN结构及特点
• 2.1.1 网络总体层次
• 2.1.2 绞线式列车总线协议
• 2.1.3 多功能车辆总线协议
• 2.1.4 TCN技术特点
• 2.2 嵌入式片上系统
• 2.2.1 SOPC技术
• 2.2.2 Avalon总线技术
• 2.2.3 PLD应用
• 2.2.4 综合设计思想
• 2.3 OSI结构体系
• 2.4 网关结构层次设计
• 2.4.1 系统硬件
• 2.4.2 软件固化
• 2.4.3 上层软件
• 2.5 本章小节
• 第三章 WTB初运行分析
• 3.1 WTB报文格式
• 3.1.1 WTB帧结构
• 3.1.2 链路控制报文
• 3.1.3 过程数据报文
• 3.2 总线初运行
• 3.2.1 初运行目的
• 3.2.2 节点分级
• 3.2.3 节点地址分配
• 3.2.4 初运行条件
• 3.2.5 初运行的MAU部件
• 3.3 初运行过程
• 3.3.1 初运行相
• 3.3.2 拓扑分发相
• 3.4 本章小节
• 第四章 MVB总线管理分析
• 4.1 MVB设备分类
• 4.2 帧格式
• 4.3 报文定时
• 4.3.1 参数定义
• 4.3.2 应答延时
• 4.3.3 主设备帧间隔
• 4.4 链路层控制
• code编码'>4.4.1 F_code编码
• 4.4.2 地址编码
• 4.4.3 报文类型
• 4.5 介质分配
• 4.5.1 基本周期
• 4.5.2 周期相数据传输
• 4.5.3 偶发相数据传输
• 4.6 本章小节
• 第五章 网关的FPGA设计
• 5.1 网关软硬件协同设计
• 5.1.1 WTB编解码的集成
• 5.1.2 MVB总线管理 IP核设计
• 5.1.3 软硬件协同网关设计
• 5.2 网关软件设计
• 5.2.1 WTB初运行软件
• 5.2.2 MVB总线管理软件
• 5.3 网关硬件设计
• 5.4 本章小节
• 第六章 FPGA的应用与验证
• 6.1 WTB初运行验证
• 6.2 MVB总线管理验证
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集