CAN和1553B总线设备及网络虚拟化技术
发布时间：2020-10-14 23:25
嵌入式系统的开发、调试和测试在真实开发环境中存在开发周期长、调试困难、测试不方便等诸多缺陷。随着虚拟化技术地不断革新,诸多虚拟平台地不断问世和更新,通过虚拟平台模拟真实嵌入式开发环境成为首选。除商用软件Simics外,其他主流虚拟平台不具有虚拟1553B总线设备及网络的基础设施;另外CAN总线设备在嵌入式领域中被广泛应用,但在现有的虚拟平台中的支持却十分有限。同时在复杂嵌入式系统的通信过程中,发现星载领域中多功能嵌入式系统具有分布式和多种通信渠道的特征,而现有虚拟平台支持的大多仅有以太网方式。本论文重点研究了 CAN和1553B总线设备及网络,旨在丰富嵌入式开发环境的虚拟设备库,提升嵌入式系统开发、调试和测试的效率。完成的主要工作包括:首先分析了虚拟平台创建虚拟设备的关键技术和实现机制,包括IO虚拟化、网络虚拟化等技术,并对QEMU以及Simics虚拟平台的虚拟总线网络设施进行了分析,为本文的总线设备及网络技术的设计和实现提供了参考。其次,本文在虚拟平台VirtualPlatform上设计并实现了 CAN和1553B的虚拟总线设备,其中采用RTLinux实时操作系统等措施来提升1553B总线标准中要求的低时延、高实时性。最后,本文设计并实现了总线网络管理器,通过将传输的数据和控制传输的方式分离开来,·实现通信数据的灵活控制。使用本文提出的技术,在虚拟平台VirtualPlatform中,通过虚拟CAN和1553B总线设备及网络的设计、实现和测试,验证了本技术的正确性和可用性,为后续相关嵌入式系统的开发带来了极大的便利。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP368.1;TP393.0
【部分图文】：
?第２章相关工作??与之类似的［２２］，其结构示意图如图２．２所示。??虚拟平台内部采用虚拟网络设备ＴＵＮ／ＴＡＰ实现与宿主机的以太网连接。每??个虚拟平台实例独占一个虚拟的ＴＵＮ／ＴＡＰ网络设备，然后借助宿主机的网络协??议栈从而实现宿主机、客户机之间的以太网的连接。??２．３?ＣＡＮ总线简介??控制器区域网络（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ａｒｅａ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，简称ＣＡＮ总线）是一个广泛应??用于汽车领域的总线标准，目标是使得设备处理单元和设备在没有主机的情况下??相互通信，现己被ＩＳＯ国际标准化组织标准化，在国际上常常被用于开放式现场??［２３］??Ｏ??１．?ＣＡＮ数据帧格式??ＣＡＮ总线传送的报文，其帧的组成结构如图２．３所示。ＣＡＮ协议支持两种报??文格式，其主要的区别是标识符长度不同，标准格式为１１位，扩展格式为２９位。??报文的优先级由标识符定义，在总线仲裁时使用，ＣＡＮ总线的报文格式采用的编??址方案是面内容的
令／响应协议，并可处理多达３０个远程终端（设备）［２５］［２６］。??１．总线结构??如图２．４所示描述了?１５５３Ｂ总线的基本结构。图中所指的子系统只是一个利??用１５５３Ｂ总线进行信息传输的设备。总线监控器（ＢＭ）接收总线上传输的信息，??但不对接收的任何信息进行响应，用于监控使用１５５３Ｂ总线的系统是否正常工作。??ＭＩＬ－ＳＴＤ－１５５３Ｂ?Ｂｕｓ?Ａ??＊????????？??ＭＩＬ－ＳＴＤ－１５５３Ｂ?Ｂｕｓ?Ｂ??？??????＾??ｒ＾?ｒ?＊?＊?＾?＾?＾?ｆ￣?＇ｎ?ｆ??—＾??｜搭教远程终销的子系统??总线控制器?总线控制器后补?总线监控器?远程终销?！?Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ?ｗｉｔｈ??Ｂｕｓ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ｂａｃｋｕｐ?Ｂｕｓ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ｂｕｓ?Ｍｏｎｉｔｏｒ?Ｒｅｍｏｔｅ?Ｔｅｒｍｉｎａｌ?Ｅｍｂｅｄｄｅｄ?Ｒｅｍｏｔｅ??Ｔｅｍｉｎａｌ??Ｖ?Ｊ?Ｖ?）?Ｖ?）?Ｌ??）?Ｖ?ｙ??／??／?任何应用层协议??多个子系统??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??同一个时间只有一个ＢＣ?最多同时３０个远程终端??
??针对前面的分析，总线设备及网络虚拟化技术需要涉及虚拟平台中的各个模??块，图３．１展示了系统的总体架构模型。虚拟平台提供了多种多样的接入方式，??每个设备处理器通过特定的１０模块接入虚拟平台系统内部不同的总线上，然后??通过网络模块来实现外部通信。??■￣１??＿系统?１０?其它??｜丨訂咖一￣虚拟平台??飾ＣＰＵ??虚拟内存???系统总线?｜?ｔ??系统总线?系统总线?｜系统总线??１〇｛莫块?丨０模块?１０模块??＼处理器Ｚ?＼处理￥．．．．?＼处甲器／??ｐｃｉ总线??咖ｒｍｎｎＴ７ｍ＾＃：－１１１［ｍ??？．??｜????ｘ?ｘ?ｉ?．．?网你挺対１??ＰＣＩ?总线?ＰＣＩ?总线???１??ｉ〇模块?ｉ〇模块?隠獅ｒ—ｎ?ｎｒ．；１?ｒ－—??雷一．ｈｉｌｌ?＿圍５??其它总线?Ｔ?｜??—???撫总线｜?＞ｉ??Ｉ吸块｜?１嘴块??＼ｍｍ／?Ｙ：ｊｍｆ???宿主机操作系统?网络内核??Ｉ?春?．?春???ｉｒ－＾??宿主机硬件Ｓ源?网卡－１?网卡－２??图３．１系统总体架构图??３．２设备处理单元总体设计方案??通过分析型号为ＳＪＡ１０００的ＣＡＮ总线设备处理单元和型号为ＢＵ－６１５８０的??１５５３Ｂ总线设备处理单元的数据手册［２７＠８］，并在查阅相关资料的基础上，总结归??纳出一个标准的设备处理单元主要由存储空间、状态空间、逻辑功能和中断功能??这４个子模块组成。如图３．２所示
【参考文献】
本文编号：2841344
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP368.1;TP393.0
【部分图文】：
?第２章相关工作??与之类似的［２２］，其结构示意图如图２．２所示。??虚拟平台内部采用虚拟网络设备ＴＵＮ／ＴＡＰ实现与宿主机的以太网连接。每??个虚拟平台实例独占一个虚拟的ＴＵＮ／ＴＡＰ网络设备，然后借助宿主机的网络协??议栈从而实现宿主机、客户机之间的以太网的连接。??２．３?ＣＡＮ总线简介??控制器区域网络（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ａｒｅａ?Ｎｅｔｗｏｒｋ，简称ＣＡＮ总线）是一个广泛应??用于汽车领域的总线标准，目标是使得设备处理单元和设备在没有主机的情况下??相互通信，现己被ＩＳＯ国际标准化组织标准化，在国际上常常被用于开放式现场??［２３］??Ｏ??１．?ＣＡＮ数据帧格式??ＣＡＮ总线传送的报文，其帧的组成结构如图２．３所示。ＣＡＮ协议支持两种报??文格式，其主要的区别是标识符长度不同，标准格式为１１位，扩展格式为２９位。??报文的优先级由标识符定义，在总线仲裁时使用，ＣＡＮ总线的报文格式采用的编??址方案是面内容的
令／响应协议，并可处理多达３０个远程终端（设备）［２５］［２６］。??１．总线结构??如图２．４所示描述了?１５５３Ｂ总线的基本结构。图中所指的子系统只是一个利??用１５５３Ｂ总线进行信息传输的设备。总线监控器（ＢＭ）接收总线上传输的信息，??但不对接收的任何信息进行响应，用于监控使用１５５３Ｂ总线的系统是否正常工作。??ＭＩＬ－ＳＴＤ－１５５３Ｂ?Ｂｕｓ?Ａ??＊????????？??ＭＩＬ－ＳＴＤ－１５５３Ｂ?Ｂｕｓ?Ｂ??？??????＾??ｒ＾?ｒ?＊?＊?＾?＾?＾?ｆ￣?＇ｎ?ｆ??—＾??｜搭教远程终销的子系统??总线控制器?总线控制器后补?总线监控器?远程终销?！?Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ?ｗｉｔｈ??Ｂｕｓ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ｂａｃｋｕｐ?Ｂｕｓ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ｂｕｓ?Ｍｏｎｉｔｏｒ?Ｒｅｍｏｔｅ?Ｔｅｒｍｉｎａｌ?Ｅｍｂｅｄｄｅｄ?Ｒｅｍｏｔｅ??Ｔｅｍｉｎａｌ??Ｖ?Ｊ?Ｖ?）?Ｖ?）?Ｌ??）?Ｖ?ｙ??／??／?任何应用层协议??多个子系统??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ??同一个时间只有一个ＢＣ?最多同时３０个远程终端??
??针对前面的分析，总线设备及网络虚拟化技术需要涉及虚拟平台中的各个模??块，图３．１展示了系统的总体架构模型。虚拟平台提供了多种多样的接入方式，??每个设备处理器通过特定的１０模块接入虚拟平台系统内部不同的总线上，然后??通过网络模块来实现外部通信。??■￣１??＿系统?１０?其它??｜丨訂咖一￣虚拟平台??飾ＣＰＵ??虚拟内存???系统总线?｜?ｔ??系统总线?系统总线?｜系统总线??１〇｛莫块?丨０模块?１０模块??＼处理器Ｚ?＼处理￥．．．．?＼处甲器／??ｐｃｉ总线??咖ｒｍｎｎＴ７ｍ＾＃：－１１１［ｍ??？．??｜????ｘ?ｘ?ｉ?．．?网你挺対１??ＰＣＩ?总线?ＰＣＩ?总线???１??ｉ〇模块?ｉ〇模块?隠獅ｒ—ｎ?ｎｒ．；１?ｒ－—??雷一．ｈｉｌｌ?＿圍５??其它总线?Ｔ?｜??—???撫总线｜?＞ｉ??Ｉ吸块｜?１嘴块??＼ｍｍ／?Ｙ：ｊｍｆ???宿主机操作系统?网络内核??Ｉ?春?．?春???ｉｒ－＾??宿主机硬件Ｓ源?网卡－１?网卡－２??图３．１系统总体架构图??３．２设备处理单元总体设计方案??通过分析型号为ＳＪＡ１０００的ＣＡＮ总线设备处理单元和型号为ＢＵ－６１５８０的??１５５３Ｂ总线设备处理单元的数据手册［２７＠８］，并在查阅相关资料的基础上，总结归??纳出一个标准的设备处理单元主要由存储空间、状态空间、逻辑功能和中断功能??这４个子模块组成。如图３．２所示
【参考文献】
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本文编号：2841344
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