MVB与工业以太网网关的设计与实现

论文摘要

TCN（IEC61375）是IEC国际标准化组织制定的适用于开式列车的数据通信标准。TCN列车总线分MVB和WTB总线两部分,分别用于车辆和列车通信。TCN标准从根本上解决了列车以及车载控制设备之间的互操作性问题,从而最大限度地减低列车控制系统的研发、生产、运用和维护成本。是当前我国乃至全世界采用的列车网络标准。然而,随着列车控制应用研究的不断深入,TCN网络产品技术的高门槛局限性凸显出来,同时,近年来工业以太网在控制网络中的优点越来越突出,成为列车网络新的发展方向。因此,本文在分析MVB总线协议和以太网协议的基础上,提出了利用MVB-以太网网关实现以太网设备接入MVB网络,替代现有MVB车辆设备的解决方案。并对网关的原理、设计以及具体实现进行了分析与说明。本文首先对MVB协议和以太网协议进行了深入的分析。其次,从以太网设备接入MVB总线网络的需求出发,提出了基于GEC-S100 PC／104平台的MVB-以太网网关硬件总体设计方案,包括MVB总线接口模块和以太网接口模块的分析和设计。随后,在分析了网关的基本原理和功能需求的基础上,重点设计了网关系统软件体系架构,针对其中的MVB通信驱动模块和网关数据转换功能模块进行了详细的设计。最后设计了网关通信测试系统,对实验网络中的网关性能进行了测试,验证了设计的合理性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 国内外列车通信网技术
• 1.1.2 工业以太网发展前景
• 1.2 课题的构思及意义
• 1.3 课题主要工作和论文组织结构
• 第2章 MVB和以太网网络协议
• 2.1 MVB总线协议
• 2.1.1 MVB总线特性
• 2.1.2 MVB的物理层
• 2.1.3 MVB总线设备分类
• 2.1.4 MVB总线数据帧
• 2.1.5 MVB链路层控制
• 2.2 以太网
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 IEEE802.3标准
• 2.2.3 以太网链路层控制
• 2.2.4 以太网帧
• 2.2.5 TCP/IP协议
• 第3章 网关硬件系统设计
• 3.1 网关
• 3.2 网关硬件系统设计
• 3.2.1 PC/104平台
• 3.2.2 MVB总线接口模块
• 3.2.3 以太网接口模块
• 3.2.4 本章小结
• 第4章 MVB-以太网网关软件设计
• 4.1 操作系统及软件开发环境
• 4.2 软件总体设计
• 4.3 MVB通信驱动程序设计
• 4.3.1 UART仿真
• 4.3.2 设备初始化
• 4.3.3 MVB数据收发
• 4.4 以太网通信程序设计
• 4.4.1 Socket网络编程
• 4.4.2 网关服务端程序
• 4.5 网关数据转换程序
• 4.6 本章小结
• 第5章 通信测试结果及分析
• 5.1 通信测试系统设计
• 5.1.1 通信测试系统总体设计
• 5.1.2 性能测试分析
• 5.1.3 以太网节点软件设计
• 5.1.4 MVB节点软件设计
• 5.2 通信测试
• 5.3 测试结果与分析
• 5.3.1 网关性能分析
• 5.3.2 结果分析
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文