FlexRay总线测试平台与网络通信优化研究

发布时间：2017-10-16 09:06

  本文关键词：FlexRay总线测试平台与网络通信优化研究

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【摘要】：随着汽车电子技术的发展,车载电子设备对车载通信网络的带宽需求和实时性在不断的增长,FlexRay作为下一代车用网络,由于其高带宽、双通道冗余、消息发送时间的确定性等优点,目前已经得到了较为广泛的应用。本文围绕两个问题展开研究：(1)在FlexRay总线通信网络设计与调试的过程中,为了获取各个节点的运行状态,从而进一步分析网络性能,需要设计一种测试平台能够详细记录网络数据；(2)在FlexRay通信网络中,当前通用方法是为每个消息分配一个FlexRay静态段时槽,然而这样导致FlexRay静态段时槽利用率低,造成带宽浪费。本文针对以上述第一个问题设计了FlexRay网络测试平台,由数据采集设备和上位机监控界面组成。测试平台使用FPGA作为核心器件,设计了集CPU、SPI接口、存储器等IP核于一身的数据采集设备。设计了FPGA与FlexRay网络节点通信的SPI协议。FPGA和上位机之间采用USB通信,并设计了USB通信协议和MySQL数据库管理软件,能够将采集的数据存入MySQL数据库中并可实时显示给用户以完成进一步的分析。针对上述第二个问题,在研究了FlexRay网络通信机制的基础上,提出了二次整数规划模型,可以实现各节点发送消息的时槽分配优化进而提高带宽利用率。通过循环求解约束条件将二次整数规划问题转换成为求解一次整数规划问题,进而利用CPLEX软件求解得到最优解,最终得到FlexRay网络调度表。同时设计了随机消息生成器与优化结果显示界面以完成模型测试,随机消息生成器用于消息的生成,优化结果显示界面用来显示优化求解得到的最优解。根据求解的调度表,设计了基于MC9S12XF512单片机的缓存配置代码生成器,根据配置代码移植了FlexRay通信程序并利用本文设计的网络测试平台进行了测试,最终验证了模型在实际网络中的可行性。
【关键词】：FlexRay 静态段 优化模型 测试平台
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15
• 1.3 FlexRay总线简介15-17
• 1.4 课题的研究意义17
• 1.5 本文的章节安排17-18
• 2 FlexRay总线协议分析18-28
• 2.1 FlexRay协议总体介绍18-20
• 2.2 FlexRay协议时钟20-21
• 2.2.1 FlexRay协议时钟周期概念20-21
• 2.2.2 FlexRay协议时钟同步21
• 2.3 FlexRay帧格式与帧编码21-24
• 2.3.1 FlexRay帧格式21-22
• 2.3.2 FlexRay静态帧和动态帧编码和解码22-23
• 2.3.3 FlexRay特征符编码23-24
• 2.3.4 FlexRay总线电平特性24
• 2.4 FlexRay网络通信硬件架构24-25
• 2.5 FlexRay网络通信软件架构25-28
• 3 FlexRay测试平台开发28-58
• 3.1 测试平台开发需求分析28-29
• 3.2 测试平台方案设计29-31
• 3.2.1 测试平台硬件方案概念设计29-30
• 3.2.2 测试平台开发软件选择30-31
• 3.3 实际硬件组成方案31-32
• 3.4 通信协议设计32-34
• 3.4.1 测量系统的通信协议架构32-33
• 3.4.2 SPI帧协议设计33-34
• 3.4.3 USB帧协议设计34
• 3.5 单片机输出数据软件设计34-39
• 3.5.1 单片机SPI通信数据结构设计34-35
• 3.5.2 单片机SPI通信程序设计35-39
• 3.6 FPGA内部硬件和NIOS Ⅱ软件设计39-47
• 3.6.1 FPGA内部硬件设计39-42
• 3.6.2 NIOS Ⅱ软件设计42-47
• 3.7 测试模块PC端程序开发47-56
• 3.7.1 开发环境介绍48-49
• 3.7.2 USB通信程序设计49-51
• 3.7.3 数据库设计与数据库访问程序设计51-56
• 3.8 软件测试系统设计56-58
• 4 FlexRay静态段优化及优化软件设计58-78
• 4.1 静态段时槽分配优化问题描述58
• 4.2 静态段优化模型建立58-66
• 4.2.1 优化模型介绍58-59
• 4.2.2 优化模型数学模型59-64
• 4.2.3 优化模型松弛及求解方案64-66
• 4.3 优化模型求解软件与FlexRay通信程序设计66-76
• 4.3.1 优化模型求解软件设计66-72
• 4.3.2 优化结果配置代码生成软件设计72-75
• 4.3.3 MC9S12XF512单片机FlexRay通信程序设计75-76
• 4.4 优化模型测试结果76-78
• 5 FlexRay组网实验与仿真测试平台实验78-92
• 5.1 测试流程方案设计78
• 5.2 网络规划方案实施78-82
• 5.2.1 优化模型参数生成78-80
• 5.2.2 优化模型求解80
• 5.2.3 配置代码生成80-82
• 5.3 测试平台的组网运行与实验82-85
• 5.4 PC端软件功能测试85-90
• 5.5 组网实验与软件测试总结90-92
• 6 结论与展望92-94
• 参考文献94-98
• 附录A98-100
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果100-104
• 学位论文数据集104

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本文编号：1041796