基于IEC61375-1规范的WTB的研究与实现

论文摘要

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方式已从集中型的直接数字控制发展成为基于网络的分布式控制。列车通信网络（TrainCommunication Network,简称TCN）是国际电工委员会（International ElectrotechnicalCommission,简称IEC）制定的国际标准,其目的在于方便铁路运输部门和列车设备供应商实现世界范围的列车车辆间的互连。TCN包含两层结构,即连接各个车辆的绞线式列车总线（Wire Train Bus,简称WTB）和连接车辆内或车辆组内各设备的多功能车辆总线（Multifunction Vehicle Bus,简称MVB）。目前,列车通信网络作为列车的重要组成部分,已经成为现代列车的核心技术。绞线式列车总线是TCN为实现在编组车辆间的数据通信定义的总线标准。WTB能满足列车实时控制、诊断和旅客信息系统的需要。WTB传输的数据分为实时性的过程数据,非实时性消息数据,以及监控数据。其最具特色的功能是初运行过程,通过这一过程WTB可以自动为连接在一起的节点分配地址,所有节点都可以获得关于总线和其它节点的拓扑信息。更为重要的是,WTB充分考虑了列车编组动态改变的情况,能够适应在日常运营中列车编组经常变化的要求,以及不同厂家制造的车辆互联和互操作的要求。WTB标准定义了完整的物理层和链路层,但其核心功能是由链路层软件完成的。由此,本文在研究了IEC613275-1的基础上,对WTB物理层、帧和报文、链路层的控制和接口、初运行等技术特点进行了分析。设计了WTB通信栈软件,WTB通信栈分为两个模块,用于实现WTB的核心功能的核心进程模块,和为了易于移植和适应多种不同的WTBC通信控制器而设计的硬件接口模块。最后,在实验室模拟了有三个节点的WTB总线的条件,对软件进行了测试,实现了WTB通信栈的基本功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 列车通信网络在国内外的研究状况
• 1.2.1 列车通信网络在国外的研究状况
• 1.2.2 列车通信网络在国内的研究状况
• 1.3 论文的内容和结构的安排
• 2 IEC61375-1规范
• 2.1 TCN体系结构
• 2.2 实时协议
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 变量服务和协议
• 2.2.3 消息通信服务
• 2.3 绞线式列车总线
• 2.4 多功能车辆总线
• 2.4.1 MVB物理层
• 2.4.2 MVB帧和报文
• 2.4.3 MVB链路层控制
• 2.5 本章小结
• 3 绞线式列车总线WTB
• 3.1 WTB物理层
• 3.1.1 介质规范与介质连接
• 3.1.2 节点规范
• 3.1.3 收发器
• 3.2 WTB帧和报文
• 3.3 WTB链路层控制和接口
• 3.3.1 WTB链路层控制
• 3.3.2 WTB链路层接口
• 3.4 WTB介质分配
• 3.4.1 基本周期结构
• 3.4.2 周期相
• 3.4.3 偶发相
• 3.5 WTB初运行
• 3.6 本章小结
• 4 WTB通信栈的整体设计
• 4.1 WTB参考模型
• 4.2 WTB通信栈的实现原理
• 4.3 WTB通信栈的整体框架
• 4.4 开发平台——嵌入式实时操作系统Nucleus PLUS
• 4.5 本章小结
• 5 WTB通信栈的具体实现
• 5.1 核心进程模块
• 5.1.1 核心变量
• 5.1.2 主进程
• 5.1.3 辅助进程
• 5.1.4 链路层接口
• 5.2 硬件接口模块
• 5.2.1 通道接口
• 5.2.2 数据接口
• 5.2.3 寄存器接口
• 5.2.4 定时器接口
• 5.2.5 中断接口
• 5.3 运行结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢