嵌入式列车网络控制系统软件平台的设计与实现

论文摘要

随着铁路信息化发展，嵌入式软件已广泛应用于列车控制领域，并发挥着越来越重要的作用。目前，在大多数的城市轨道列车、动车组、电力机车、内燃机车、磁浮列车等都使用了列车网络控制系统，用于实现车辆级与列车级的过程控制、故障诊断与存储、通信处理等功能。为了有效缩短列车网络控制系统开发时间，提高产品的开发效率，提高产品的稳定性、可靠性，统一应用软件开发模式以及提供统一的应用软件开发平台，本文设计了嵌入式列车网络控制系统软件平台。嵌入式列车网络控制系统软件平台的设计以MPC5200B构建的硬件系统、VxWorks实时操作系统为基础，根据列车网络控制系统的特点与应用需求，采用软件工程的设计思想，实现了支持列车网络通信、控制等功能的软件平台。本文主要研究内容是嵌入式列车网络控制系统软件平台研究与实现，针对列车网络控制系统应用需求，首先进行该软件平台的需求分析，嵌入式操作系统的选择，软件平台的架构设计，然后完成了基于MPC5200B的VxWorks BSP设计、RS485驱动、CAN驱动与通信协议的设计、图形开发环境的底层程序设计、看门狗程序设计、USB程序设计、启动配置程序设计、文件系统等功能设计。最后，进行软件系统集成测试、验证，交付应用开发人员应用。嵌入式列车网络控制系统软件平台目前已广泛应用于城市轨道列车、机车、磁浮等列车的网络控制系统。现场应用表明，该嵌入式列车网络控制系统软件平台功能强大、性能稳定、可靠性高，完全满足列车网络控制系统的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 嵌入式系统简述
• 1.2 嵌入式实时操作系统简述
• 1.3 列车网络控制系统现状
• 1.4 项目背景及意义
• 1.5 论文研究内容与组织结构
• 第2章 软件平台需求分析
• 2.1 硬件系统介绍
• 2.2 软件平台功能要求
• 2.2.1 板级支持包
• 2.2.2 操作系统支持
• 2.2.3 通信协议支持
• 2.2.4 算法支持
• 2.2.5 图形开发环境支持
• 2.2.6 平台相关支持
• 2.3 平台性能要求
• 2.4 平台可靠性要求
• 2.5 可维护性需求
• 2.6 可用性要求
• 第3章 软件平台架构设计
• 3.1 操作系统的选择
• 3.2 VXWORKS 特点
• 3.3 软件平台架构设计
• 第4章 软件平台设计
• 4.1 BSP 的设计
• 4.1.1 BSP 概述
• 4.1.2 VxWorks 启动顺序分析
• 4.1.3 BSP 移植步聚
• 4.2 文件系统设计
• 4.2.1 TFFS 简介
• 4.2.2 TrueFFS 的层结构
• 4.2.3 TFFS 设计
• 4.2.4 Boot flash 空闲部分驱动
• 4.2.5 多片 flash 加载 tffs 驱动
• 4.3 RS485 驱动与通信设计
• 4.3.1 初始化程序
• 4.3.2 中断初始化及中断连接
• 4.3.3 接收发送接口
• 4.3.4 主要配置接口
• 4.3.5 RS485 通信设计
• 4.4 CAN 驱动设计
• 4.4.1 MSCAN 控制器的初始化
• 4.4.2 中断初始化及中断连接
• 4.4.3 发送操作
• 4.4.4 接收操作
• 4.4.5 主要配置接口
• 4.4.6 CAN 通信设计
• 4.5 图形开发环境底层设计
• 4.5.1 ISaGRAF 简介
• 4.5.2 ISaGRAF pro target 移植
• 4.5.3 列车网络控制支撑与图形封装
• 4.6 看门狗程序设计
• 4.7 USB 程序设计
• 4.7.1 USB 主机栈设计步聚
• 4.7.2 USB 应用设计
• 4.7.3 配置文件解析与执行
• 4.8 启动脚本解析设计
• 4.9 版本控制设计
• 第5章 平台测试验证
• 5.1 测试拓扑
• 5.2 测试步聚
• 5.3 测试内容
• 5.3.1 BSP 与 VxWorks 的测试
• 5.3.2 网口测试
• 5.3.3 文件系统的测试
• 5.3.4 RS485 通信测试
• 5.3.5 CAN 通信测试
• 5.3.6 图形开发环境底层测试
• 5.3.7 看门狗程序测试
• 5.3.8 USB 程序测试
• 5.3.9 启动脚本解析测试
• 5.3.10 版本控制程序测试
• 5.4 测试总结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间所发明的专利
• 致谢