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改进的FlexRay总线实现及调度算法优化
| 论文题名： | 改进的FlexRay总线实现及调度算法优化 |
| 关键词： | 列车运行;行车调度;铁路通信;计算机技术 |
| 摘要： | 随着列车运行控制技术的发展，各子系统以及子系统中子设备之间的通信安全问题变得日益重要，CTCS-2级、CTCS-3级列控系统中都具有安全相关通信功能。根据IEC61508标准针对列控中的通信安全，引入了时间触发架构。本文针对目前最常用的时间触发现场总线TTP/C、FlexRay、ARINC659展开了综述，对比发现FlexRay总线优势最大，提出将FlexRay用于故障安全通信中。主要研究内容包括： ⑴提出了借鉴ARINC659的物理层对FlexRay总线物理层进行改进。ARINC659采用双冗余交叉通信方式，具有很好的可靠性和容错能力。为保证FlexRay总线能更好用于列控系统的故障安全通信中，借鉴ARINC659高可靠度和容错性的物理层，通过对改进前后总线的可靠性和容错能力的分析，验证了改进后的总线有更好的性能。 ⑵对改进的FlexRay应用层提出了调度判定定理，从而实现对总线的调度优化。FlexRay协议只定义了物理层和数据链路层，对上层的模型并未进行定义，因此具体的任务分配采用的是人为的分配调度机制，总线的占用率可能不高，因此时间触发机制的调度分析就显得很重要。针对改进的FlexRay总线，建立了静态段、动态段、符号窗和网络空闲时间的各个任务模型，从最坏响应时间和总线占用率两方面对总线进行分析，通过提出FlexRay可调度性定理并进行证明，从而为FlexRay各参数的配置提供依据，对总线的调度和总线占用率实现优化。 ⑶针对改进的FlexRay总线，利用Verilog语言在FPGA上实现了改进后总线物理层和数据链路层的IP核设计。首先采用QuartusⅡ实现各个模块的设计，再将各模块统一综合。模块包括时钟模块、协议运行控制状态模块、时钟同步模块、介质访问模块、收发模块。对设计的各模块利用Modelsim软件进行仿真，验证各模块的正确性。通过仿真表明IP核设计能满足功能需求，能够实现通信的建立、时钟同步，并能完成数据收发，而且改进后的总线具有更好的容错能力。 ⑷针对改进FlexRay总线设计硬件平台，绘制了FPGA开发板，芯片采用Altera的Cyclone EP1C12Q240C8，在FPGA上实现了改进FlexRay总线的IP核。采用开发板搭建实验平台。利用Cyclone自带的NiosⅡ内核作为主机控制设计的IP核通信控制器，结合NiosⅡ9.0 IDE工具对NiosⅡ核进行编程开发，实现改进总线的数据收发。通过对设计的开发板进行相关的符合性测试，验证了最终结果:针对改进的FlexRay总线所设计的IP核能够正确完成数据收发功能，相对于FlexRay总线，改进后的总线有更好的容错能力和可靠性，能更好用于故障安全通信中。 |
| 作者： | 何浩洋 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 穆建成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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