改進(jìn)的FlexRay總線實(shí)現(xiàn)及調(diào)度算法優(yōu)化.pdf

1、隨著列車運(yùn)行控制技術(shù)的發(fā)展，各子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)中子設(shè)備之間的通信安全問題變得日益重要，CTCS-2級(jí)、CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中都具有安全相關(guān)通信功能。根據(jù)IEC61508標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)列控中的通信安全，引入了時(shí)間觸發(fā)架構(gòu)。本文針對(duì)目前最常用的時(shí)間觸發(fā)現(xiàn)場總線TTP/C、FlexRay、ARINC659展開了綜述，對(duì)比發(fā)現(xiàn)FlexRay總線優(yōu)勢最大，提出將FlexRay用于故障安全通信中。主要研究內(nèi)容包括：
　?、盘岢隽私梃bARINC65

2、9的物理層對(duì)FlexRay總線物理層進(jìn)行改進(jìn)。ARINC659采用雙冗余交叉通信方式，具有很好的可靠性和容錯(cuò)能力。為保證FlexRay總線能更好用于列控系統(tǒng)的故障安全通信中，借鑒ARINC659高可靠度和容錯(cuò)性的物理層，通過對(duì)改進(jìn)前后總線的可靠性和容錯(cuò)能力的分析，驗(yàn)證了改進(jìn)后的總線有更好的性能。
　?、茖?duì)改進(jìn)的FlexRay應(yīng)用層提出了調(diào)度判定定理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總線的調(diào)度優(yōu)化。FlexRay協(xié)議只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，對(duì)上層的模

3、型并未進(jìn)行定義，因此具體的任務(wù)分配采用的是人為的分配調(diào)度機(jī)制，總線的占用率可能不高，因此時(shí)間觸發(fā)機(jī)制的調(diào)度分析就顯得很重要。針對(duì)改進(jìn)的FlexRay總線，建立了靜態(tài)段、動(dòng)態(tài)段、符號(hào)窗和網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間的各個(gè)任務(wù)模型，從最壞響應(yīng)時(shí)間和總線占用率兩方面對(duì)總線進(jìn)行分析，通過提出FlexRay可調(diào)度性定理并進(jìn)行證明，從而為FlexRay各參數(shù)的配置提供依據(jù)，對(duì)總線的調(diào)度和總線占用率實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。
　　⑶針對(duì)改進(jìn)的FlexRay總線，利用Veril

4、og語言在FPGA上實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)后總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的IP核設(shè)計(jì)。首先采用QuartusⅡ?qū)崿F(xiàn)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，再將各模塊統(tǒng)一綜合。模塊包括時(shí)鐘模塊、協(xié)議運(yùn)行控制狀態(tài)模塊、時(shí)鐘同步模塊、介質(zhì)訪問模塊、收發(fā)模塊。對(duì)設(shè)計(jì)的各模塊利用Modelsim軟件進(jìn)行仿真，驗(yàn)證各模塊的正確性。通過仿真表明IP核設(shè)計(jì)能滿足功能需求，能夠?qū)崿F(xiàn)通信的建立、時(shí)鐘同步，并能完成數(shù)據(jù)收發(fā)，而且改進(jìn)后的總線具有更好的容錯(cuò)能力。
　　⑷針對(duì)改進(jìn)FlexRay總線

5、設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)，繪制了FPGA開發(fā)板，芯片采用Altera的Cyclone EP1C12Q240C8，在FPGA上實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)FlexRay總線的IP核。采用開發(fā)板搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。利用Cyclone自帶的NiosⅡ內(nèi)核作為主機(jī)控制設(shè)計(jì)的IP核通信控制器，結(jié)合NiosⅡ9.0 IDE工具對(duì)NiosⅡ核進(jìn)行編程開發(fā)，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)總線的數(shù)據(jù)收發(fā)。通過對(duì)設(shè)計(jì)的開發(fā)板進(jìn)行相關(guān)的符合性測試，驗(yàn)證了最終結(jié)果:針對(duì)改進(jìn)的FlexRay總線所設(shè)計(jì)的IP核能夠正確完