基于VME总线的TCN高速列车网关设计

论文摘要

高速列车网关是列车上连接列车网络通信总线MVB(多功能车辆总线)和WTB(绞线式列车总线)的设备,实现列车网络数据跨总线传输,由此可见网关在列车网络中是十分重要的设备。要保证数据跨总线传输正确无误,就需要网关有很高的可靠性与稳定性。本文所介绍的网关含有三个子设备,因此需要一种可靠性高的背板总线将网关的三个子设备连接起来。VME总线是一种通用的计算机总线,经过二十几年的发展,VME总线系统已经非常完善,基于VME总线开发的产品已广泛应用到工业控制、航空航天、军用系统、交通运输和医疗系统等领域,选用VME总线作为网关的背板总线,可以提高列车网关的稳定性。本文详细介绍了列车网关的架构,在此基础上结合VME总线协议,分析了系统功能需求,利用FPGA实现了VME总线的逻辑控制。论文的主要工作包括各个子模块与VME总线接口的硬件和软件设计与实现。由于网关的主要功能是数据的转发,而实现此功能的同时需要进行中断操作,因此硬件接口的主要任务是设计VME总线中的数据传输总线(DTB),优先权中断总线和公用总线信号。根据VME总线对不同信号的驱动能力的不同要求,对所使用到的信号线,按照协议规定的电气特性完成了驱动电路设计。实现VME总线控制逻辑的FPGA是Altera公司的cyclone系列芯片,软件设计分为主从设计,主设备FPGA内部模块主要包括本地总线周期,VME总线周期,数据缓存FIFO,中断处理模块,以及定时器模块等。从设备FPGA内部模块主要包括本地总线周期,VME总线周期,中断请求器模块,以及定时器模块等。以上所有模块都按照VME总线协议规定的时序工作。TCN高速列车网关VME总线实现已完成,与多种MVB,WTB设备进行互连,顺利通过了项目验收。网关工作稳定,性能可靠,各项指标都满足要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外动态
• 1.3 课题的意义
• 1.4 本文主要工作
• 2 系统总体设计
• 2.1 VME 总线原理
• 2.2 系统需求分析
• 2.3 网关整体设计与实现
• 3 硬件平台设计
• 3.1 硬件平台设计
• 3.2 VME 总线接口设计
• 3.3 器件选型
• 3.4 本章小结
• 4 软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 设计思路
• 4.3 基于FPGA 的VME 总线控制实现流程
• 4.4 本章小结
• 5 系统调试与问题
• 5.1 系统联调
• 5.2 存在的问题及改进思路
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献