基于STM32 FPGA的铁路信号系统安全平台设计
发布时间：2021-01-11 14:47
本文介绍了北京西南交大盛阳科技有限公司区间综合监控系统的安全平台设计和研究。通过对铁路地面设备区间综合监控系统进行深入研究,主控模块采用二取二的理念,对驱动、采集和运算的结果进行比对,保证了系统运行的安全性。铁路信号系统安全平台在普速铁路上运用已经十分广泛,大部分都是采用双通道、二取二的架构进行设计,但对于任一通道来说,CPU（Central Processing Unit,中央处理器）既要通过并行总线对外输出驱动信号、采集输入状态,还要与另一通道的CPU进行运算结果的对比和校验,CPU的压力可想而知。在实际运用过程中,容易造成CPU功耗过大,从而使板卡温度上升,导致CPU出现运行周期异常、通信数据丢包等现象。本文结合了上述的问题,对主控模块进行重新规划和设计,对于每一通道都采用STM32（STMicroelectronics,意法半导体）与FPGA（Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）的架构,即每通道有双CPU进行协同工作。STM32负责与另一通道的CPU进行数据结果的对比和校验,同时通过并行总线对FPGA下达“任务”,FPGA通过“命令”与...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
STM32控制FPGA片选信号部分
FPGA与STM32片选连接部分本设计采用FSMC总线模式1下模式A驱动时序，该模式能够使STM32F407操作
ModelSim 仿真是 FPGA 设计中很重要的一部分，它可以用来测试所设计的 FPGA各个独立模块的功能，ModelSim 仿真需要书写 Testbench 文件，简单地说就是信号发生器，即检验模块设计的输出是否会依据输入的变化而按照设计来进行变化，如果可以的话，则模块的设计基本上问题不大，可用于实际上电调试。若测试结构为模块输出未按照输入进行变化或者与设计不符，则应该修改模块代码，直至测试通过，相比较于直接上电调试，既不需要实际硬件，也能够在修改后快速进行更改调试，能够非常容易地根据波形图看出问题所在，由于修改模块进行编译布局布线的时间非常长，从这个方面来说大大加快了开发进程。以下是几个主要的模块，看门狗模块、DI 采集模块、DO 驱动模块和 UART 发送模块的 ModelSim 仿真图。6.1.1 看门狗模块仿真当 STM32F407 经过地址译码选中看门狗模块片选时，cpu_wd_cs 被选中拉低，wr_data_i 将数据直传到 wr_data_o，rd_data_i 将数据直传到 rd_data_o，只要控制 wr_data_和 rd_data_i 的时序，则可以将看门狗驱动起来，从而使系统对外通信供电能够正常工作。看门狗模块 ModelSim 仿真图如图 6-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32+FPGA的航空继电器时间参数测试系统[J]. 王勇,郝晓红. 仪表技术与传感器. 2016(08)
[2]浅谈我国铁路信号系统的现状与发展方向[J]. 张庆梓. 电子测试. 2016(10)
[3]基于TMS320F2812的通用式机车信号主机[J]. 苟彪. 科技创新与应用. 2016(13)
[4]浅谈不同结构联锁系统的可靠性与安全性[J]. 赵志强. 科技展望. 2016(12)
[5]我国铁路信号系统存在的问题及对策[J]. 刘霄. 四川建筑. 2016(01)
[6]STM32基于FSMC的SRAM扩展技术[J]. 赵星. 工业控制计算机. 2015(06)
[7]高速铁路计算机联锁系统切换原则的研究[J]. 徐德龙,逄增文,郝韬. 中国铁路. 2014(08)
[8]基于STM32+FPGA的数据采集系统的设计[J]. 曹彬乾,程远增,杨青. 计算机工程与设计. 2014(04)
[9]基于W5300和FPGA的实时数据采集系统设计[J]. 白佳俊,孟祥勇,张德平,冯起,袁乃昌. 电子技术应用. 2013(04)
[10]中国高速铁路信号系统分析与思考[J]. 郭进,张亚东. 北京交通大学学报. 2012(05)
硕士论文
[1]铁路信号安全通信协议RSSP-Ⅱ研究及核心算法的FPGA实现[D]. 张启鹤.西南交通大学 2018
[2]基于FPGA的高精度编码器信号采集与处理系统的研究[D]. 黄雍闶.合肥工业大学 2018
[3]计算机联锁系统安全风险分析研究[D]. 马艳霞.兰州交通大学 2017
[4]基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计[D]. 杨永清.西南交通大学 2017
[5]RSSP-2协议安全性建模及铁路信号系统网络安全性分析[D]. 和晟姣.北京交通大学 2016
[6]二乘二取二安全计算机内部安全通信机制的设计与实现[D]. 马婷.西南交通大学 2016
[7]基于STM32+FPGA四自由度机器人运动控制系统的研究[D]. 林填达.华南理工大学 2016
[8]基于32位处理器的二乘二取二安全系统设计[D]. 吴雪花.武汉邮电科学研究院 2015
[9]改进的铁路信号安全计算机硬件结构设计与实现[D]. 胡华.北京交通大学 2014
[10]基于STM32的嵌入式网络控制器设计[D]. 祝庆峰.哈尔滨理工大学 2014
本文编号：2970969
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
STM32控制FPGA片选信号部分
FPGA与STM32片选连接部分本设计采用FSMC总线模式1下模式A驱动时序，该模式能够使STM32F407操作
ModelSim 仿真是 FPGA 设计中很重要的一部分，它可以用来测试所设计的 FPGA各个独立模块的功能，ModelSim 仿真需要书写 Testbench 文件，简单地说就是信号发生器，即检验模块设计的输出是否会依据输入的变化而按照设计来进行变化，如果可以的话，则模块的设计基本上问题不大，可用于实际上电调试。若测试结构为模块输出未按照输入进行变化或者与设计不符，则应该修改模块代码，直至测试通过，相比较于直接上电调试，既不需要实际硬件，也能够在修改后快速进行更改调试，能够非常容易地根据波形图看出问题所在，由于修改模块进行编译布局布线的时间非常长，从这个方面来说大大加快了开发进程。以下是几个主要的模块，看门狗模块、DI 采集模块、DO 驱动模块和 UART 发送模块的 ModelSim 仿真图。6.1.1 看门狗模块仿真当 STM32F407 经过地址译码选中看门狗模块片选时，cpu_wd_cs 被选中拉低，wr_data_i 将数据直传到 wr_data_o，rd_data_i 将数据直传到 rd_data_o，只要控制 wr_data_和 rd_data_i 的时序，则可以将看门狗驱动起来，从而使系统对外通信供电能够正常工作。看门狗模块 ModelSim 仿真图如图 6-1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32+FPGA的航空继电器时间参数测试系统[J]. 王勇,郝晓红. 仪表技术与传感器. 2016(08)
[2]浅谈我国铁路信号系统的现状与发展方向[J]. 张庆梓. 电子测试. 2016(10)
[3]基于TMS320F2812的通用式机车信号主机[J]. 苟彪. 科技创新与应用. 2016(13)
[4]浅谈不同结构联锁系统的可靠性与安全性[J]. 赵志强. 科技展望. 2016(12)
[5]我国铁路信号系统存在的问题及对策[J]. 刘霄. 四川建筑. 2016(01)
[6]STM32基于FSMC的SRAM扩展技术[J]. 赵星. 工业控制计算机. 2015(06)
[7]高速铁路计算机联锁系统切换原则的研究[J]. 徐德龙,逄增文,郝韬. 中国铁路. 2014(08)
[8]基于STM32+FPGA的数据采集系统的设计[J]. 曹彬乾,程远增,杨青. 计算机工程与设计. 2014(04)
[9]基于W5300和FPGA的实时数据采集系统设计[J]. 白佳俊,孟祥勇,张德平,冯起,袁乃昌. 电子技术应用. 2013(04)
[10]中国高速铁路信号系统分析与思考[J]. 郭进,张亚东. 北京交通大学学报. 2012(05)
硕士论文
[1]铁路信号安全通信协议RSSP-Ⅱ研究及核心算法的FPGA实现[D]. 张启鹤.西南交通大学 2018
[2]基于FPGA的高精度编码器信号采集与处理系统的研究[D]. 黄雍闶.合肥工业大学 2018
[3]计算机联锁系统安全风险分析研究[D]. 马艳霞.兰州交通大学 2017
[4]基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计[D]. 杨永清.西南交通大学 2017
[5]RSSP-2协议安全性建模及铁路信号系统网络安全性分析[D]. 和晟姣.北京交通大学 2016
[6]二乘二取二安全计算机内部安全通信机制的设计与实现[D]. 马婷.西南交通大学 2016
[7]基于STM32+FPGA四自由度机器人运动控制系统的研究[D]. 林填达.华南理工大学 2016
[8]基于32位处理器的二乘二取二安全系统设计[D]. 吴雪花.武汉邮电科学研究院 2015
[9]改进的铁路信号安全计算机硬件结构设计与实现[D]. 胡华.北京交通大学 2014
[10]基于STM32的嵌入式网络控制器设计[D]. 祝庆峰.哈尔滨理工大学 2014
本文编号：2970969
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