论文摘要
列车通信网络是面向控制的一种连接车载设备的数据通信系统，是分布式列车控制系统的核心组成部分。TCN作为列车通信网络标准之一，具有明显的优势。该标准将列车通信网络分成连接可动态编组车厢的绞线式列车总线WTB和连接车厢内固定设备的多功能车辆总线MVB两层结构。MVB设备按性能共分为5类，其中的第4类设备即MVB总线管理器，具有设备状态查询、过程数据通信、消息数据通信和总线管理等功能，在MVB系统中起着重要的作用。国外已运行的高速列车部分装有完整的通信网络，相应的设备也已经开发成熟，而我国对列车控制网络的基础研究和开发应用相对较晚，目前仍处于初级阶段，因此，开发出具有自主知识产权的产品，对于推动我国列车通信网络的建设，以及机车国产化的进行有着重要的意义。基于以上原因，本文在对TCN标准进行了深入学习和研究的基础上，通过对MVB帧、报文、链路层控制以及介质分配等关键技术的进一步分析，提出了利用嵌入式系统的设计理论，采用FPGA+CPU的结构框架，实现多功能车辆总线管理器（即四类设备）的方案。在该方案中，充分利用FPGA器件高密度低成本和CPU内核高性能，低功耗的优势，按照模块化的原则进行设计，其中FPGA实现MVB链路层的功能；CPU则完成总线管理、总线配置等功能，并为网络层提供过程数据（包括监视数据）、消息数据的变量接口。通过近一年的努力工作，完成了MVB总线管理器基本功能的设计和开发。利用在实验室内搭建的MVB功能仿真平台，使用西门子等公司的MVB设备对自行研制的总线管理器进行了功能测试，试验验证表明设计正确、满足与IEC61375标准的一致性要求，在功能的完整性等方面达到了预期的研究目标。