CPCI架构MVB通信卡硬件设计与实现

论文摘要

随着国内列车大规模提速,国际上特别是欧洲普遍使用的MVB（Multi-FunctionVehicle Bus）技术在国内列车通信领域逐渐得到广泛的应用。MVB通信卡作为列车通信网络中的重要设备,有着非常广阔的市场前景。另外,以支持热插拔操作为显著特征的CPCI（CompactPCI）总线技术在工控领域的应用也取得了长足的发展,可以预见CPCI系统必将在工控领域中得到更加广泛的运用。论文在分析MVB总线的基础上,提出了一种基于CPCI接口的MVB通信卡的设计方案,并给出了硬件上的实现方案,通过测试得到了符合IEC-61375标准的通信卡。本文首先介绍了MVB总线的发展和应用情况,并简单介绍了MVB总线的基本知识;之后介绍了CPCI总线技术在工业应用领域的发展情况;然后介绍了EDA（ElectronicsDesign Automation）开发环境,确定采用Allegro SPB作为硬件设计开发平台。通过对软硬件开发的综合考虑,给出了基于ARM处理器AT91FR40162、XILINX公司Spartan-Ⅱ系列现场可编程门阵列（FPGA-Field Programmable Gate Array）XC2S200以及PCI9030接口芯片的通信卡的整体设计方案。接着详细叙述了通信卡的硬件设计与实现,包括热插拔电源管理电路、CPCI接口、本地功能模块及MVB总线接口的设计。本文介绍了PCB的布局布线,对PCB进行了高速信号的信号完整性分析,包括对CPCI接口信号进行反射和串扰的仿真分析,保证了信号质量。设计完成之后通过调试通信卡能够正常工作,接着按照IEC-61375标准相关参数规定,对通信卡总线信号接口进行了标准测试,验证了通信卡符合IEC-61375标准,并对通信卡的实际应用作了介绍。最后对本文工作做了总结,并对以后工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 列车通信网络简介
• 1.2 MVB介绍
• 1.2.1 MVB数据通信
• 1.2.2 MVB设备的分类
• 1.2.3 MVB物理层传输介质
• 1.3 计算机系统总线发展概况
• 1.4 课题的提出及意义
• 1.5 论文的结构
• 2 通信卡硬件开发环境及整体设计
• 2.1 通信卡硬件开发环境
• 2.1.1 EDA设计技术
• 2.1.2 硬件开发工具及流程
• 2.2 硬件平台的方案设计分析
• 2.2.1 主体功能模块方案选取
• 2.2.2 MVB总线接口的设计
• 2.3 通信卡的整体结构
• 2.4 本章小结
• 3 MVB通信卡硬件原理图实现
• 3.1 电源系统及热插拔实现
• 3.1.1 电源系统
• 3.1.2 热插拔介绍
• 3.1.3 热插拔控制电路设计
• 3.1.4 复位逻辑
• 3.2 CPCI接口实现
• 3.2.1 PCI信号介绍
• 3.2.2 CPCI附加信号介绍
• 3.2.3 PCI9030介绍
• 3.2.4 CPCI接口的硬件实现
• 3.3 本地功能模块设计
• 3.3.1 AT91FR40162介绍及外围电路设计
• 3.3.2 XC2S200介绍及电路设计
• 3.4 MVB接口设计
• 3.5 本章小结
• 4 PCB设计与高速仿真
• 4.1 布局布线
• 4.1.1 PCB器件布局
• 4.1.2 PCB布线设计
• 4.2 Allegro SPB平台下的仿真验证
• 4.2.1 反射仿真
• 4.2.2 串扰仿真
• 4.3 光绘文件的导出
• 4.4 本章小结
• 5 通信卡硬件调试及应用
• 5.1 通信卡的硬件调试
• 5.2 通信卡的标准测试
• 5.3 通信卡应用
• 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