基于FPGA的应答器报文译码研究

论文摘要

无论在基于轨道电路的列车运行控制系统、还是在基于通信的列车运行控制系统中,应答器都发挥着重要的作用。我国铁路跨越式发展,既有线路提速改造、客运专线和高速铁路新线的建设都需要使用大量的应答器,而目前我国使用的应答器都是从国外引进的,因此开展应答器的国产化研究打破国外的技术垄断,有着重要的现实意义和实用价值。本文首先分析了应答器的特点、分类、工作原理及其在国内外列车运行控制系统中的应用情况;接着分析了欧洲应答器的FFFS编码策略,并提出了基于FFFS编码策略编码的应答器报文的译码策略,详细分析了译码步骤,并对该译码策略的安全性进行了分析;然后提出了一种基于FPGA(现场可编程门阵列)实现应答器报文译码的方案,采用自顶而下的设计方法对该实现方案进行了模块划分,并详细分析了各个功能模块和顶层模块的设计过程和实现方法,完成了经过Quartus II设计平台编译综合后的结构图;最后,在Quartus II设计平台上对该设计方案进行了大量的仿真分析。最后,论文对所做的工作进行了总结,指出了需要进一步研究的内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 应答器在列车运行控制系统中的应用
• 1.1.1 列车运行控制系统
• 1.1.2 应答器在列车运行控制系统中的应用
• 1.2 应答器概况
• 1.2.1 国内外常用的几种应答器
• 1.2.2 欧洲应答器的工作原理
• 1.3 选题意义
• 1.4 论文结构
• 2 应答器报文译码算法分析
• 2.1 欧洲应答器编码策略
• 2.1.1 应答器编码步骤
• 2.1.2 应答器报文格式
• 2.2 应答器的译码策略
• 2.2.1 应答器译码步骤
• 2.2.2 译码过程详细分析
• 2.2.3 译码策略采取的安全措施分析
• 2.3 应答器译码FPGA 实现的可行性分析
• 2.4 本章小结
• 3 FPGA 硬件设计平台和设计方法
• 3.1 FPGA 设计平台介绍
• 3.1.1 FPGA 的发展过程
• 3.1.2 FGPA 的结构和特点
• 3.1.3 FPGA 的设计流程
• 3.2 HDL 硬件描述语言
• 3.2.1 HDL 的发展现状
• 3.2.2 VHDL 的特点
• 3.3 ACEX1K 系列和APEX20KE 系列器件介绍
• 3.4 本章小结
• 4 应答器报文译码的FPGA 实现
• 4.1 FPGA 实现译码的总体方案
• 4.2 子模块的设计实现
• 4.2.1 数据输入模块的设计实现
• 4.2.2 数据校验模块的设计实现
• 4.2.3 数据有效性分析模块的设计实现
• 4.2.4 数据译码模块的设计实现
• 4.2.5 数据可靠性分析模块的设计实现
• 4.2.6 数据输出模块的设计实现
• 4.3 顶层模块的设计实现
• 4.4 本章小结
• 5 应答器报文译码仿真分析
• 5.1 仿真与综合简介
• 5.2 功能模块的仿真分析
• 5.2.1 数据输入模块的仿真分析
• 5.2.2 数据校验模块的仿真分析
• 5.2.3 数据有效性分析模块的仿真分析
• 5.2.4 数据译码模块的仿真分析
• 5.2.5 数据可靠性分析模块的仿真分析
• 5.2.6 数据输出模块的仿真分析
• 5.3 顶层模块的仿真分析
• 5.4 FPGA 资源利用情况
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考资料
• 作者简历
• 学位论文数据集