列车通信网络远程输入输出模块研究

发布时间：2017-08-23 21:00

  本文关键词：列车通信网络远程输入输出模块研究

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【摘要】：摘要：随着列车网络控制技术发展,列车通信网络已成为地铁列车和高速动车组的“神经系统”。大量车载设备的控制、状态和诊断信息,需要通过网关、VCU等列车网络设备传输。 远程输入输出模块(RIOM,Remote Input and Output Module)是一种在列车网络拓扑中上广泛应用的网络设备,其结构具有典型列车网络设备的特征。RIOM是TCMS系统与列车非智能设备的网络接口,可以实现对大部分非智能设备(中压设备、传感器单元等)的数据采集和启停控制操作。 RIOM的输入输出通道可靠性和安全性关系到TCMS系统对列车电气设备状态的监测和控制,目前国内运营的轨道列车采用的RIOM大多依赖国外生产厂商的产品,国内缺乏RIOM对应的国产化研究。因此,掌握RIOM核心技术,对于提高我国当前列车网络控制、检测和诊断水平,是十分必要的。 本文在充分调研国内外研究现状基础上,提出了一种采用VME作为背板总线,连接CPU单元、MVB单元、DIO/AIO单元和电源的模块化RIOM设计方案。VME采用A16：D16实现板卡间高速数据交换；CPU运行VxWorks操作系统,实现VME总线通信控制、信号处理分析及对外接口服务等功能；MVB单元采用FPGA搭载符合IEC61375-1规定的MVB协议栈,实现与TCMS的总线通信任务；DIO/AIO单元作为非智能设备的接口,采用了通道冗余提供可靠的接口服务。 从提高RIOM可靠性和安全性角度出发,本文按照物理层、数据链路层和应用层三个角度重点研究了板级总线接口VME和设备级接口DIO/AIO的实现方案。通过引入EDA技术,在FPGA上实现符合IEEE1014协议的VME总线主协议栈和从协议栈开发；通过引入3取2通道冗余技术,实现输入输出端口的容错设计。 最后,文章搭建了MVB试验平台,对RIOM各个接口的功能进行了系统的测试,验证了系统设计。
【关键词】：远程输入输出模块 VME总线 安全I/O 列车通信网络
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP334.7;U285
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 列车网络设备发展现状11-15
• 1.2.1 列车网络设备研究现状11-13
• 1.2.2 RIOM国内外研究现状13-15
• 1.3 主要研究工作及论文安排15-16
• 2 RIOM功能分析及总体设计16-24
• 2.1 RIOM设计原则16-17
• 2.2 RIOM系统设计框架17-18
• 2.3 RIOM硬件构架18-22
• 2.3.1 VME总线接口设计19
• 2.3.2 CPU单元设计19-20
• 2.3.3 MVB单元设计20-21
• 2.3.4 DIO/AIO单元设计21-22
• 2.4 RIOM软件构架22-24
• 3 RIOM主要接口设计24-56
• 3.1 RIOM接口设计24
• 3.2 VME总线通信接口设计24-41
• 3.2.1 VME总线25-26
• 3.2.2 VME总线驱动器设计(物理层)26-30
• 3.2.3 VME总线主设备数据链路层设计30-37
• 3.2.4 VME总线从设备数据链路层设计37-41
• 3.3 DIO/AIO接口设计41-56
• 3.3.1 安全I/O41-42
• 3.3.2 DIO设计分析42-46
• 3.3.3 AIO设计分析46-51
• 3.3.4 I/O模块可靠性分析51-56
• 4 RIOM软件设计与实现56-70
• 4.1 RIOM接口访问总体方案56-57
• 4.2 BSP修改和VxWorks系统订制57-62
• 4.3 基于内存映射的接口访问方案62-70
• 4.3.1 接口访问技术62-64
• 4.3.2 VME接口访问技术64-67
• 4.3.3 以太网接口访问技术67-70
• 5 RIOM组网调试试验及分析70-86
• 5.1 测试环境搭建70-73
• 5.1.1 硬件测试环境搭建70
• 5.1.2 软件测试环境搭建70-73
• 5.2 RIOM组网实验73-83
• 5.2.1 VME总线通信能力测试73-76
• 5.2.2 远程I/O控制能力测试76-79
• 5.2.3 MVB总线过程数据通信能力测试79-81
• 5.2.4 MVB总线消息数据通信能力测试81-83
• 5.3 试验分析83-86
• 6 总结86-88
• 参考文献88-92
• 附录92-94
• 作者简历94-98
• 学位论文数据集98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：727252