改進的FlexRay總線實現(xiàn)及調度算法優(yōu)化.pdf

1、隨著列車運行控制技術的發(fā)展，各子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)中子設備之間的通信安全問題變得日益重要，CTCS-2級、CTCS-3級列控系統(tǒng)中都具有安全相關通信功能。根據IEC61508標準針對列控中的通信安全，引入了時間觸發(fā)架構。本文針對目前最常用的時間觸發(fā)現(xiàn)場總線TTP/C、FlexRay、ARINC659展開了綜述，對比發(fā)現(xiàn)FlexRay總線優(yōu)勢最大，提出將FlexRay用于故障安全通信中。主要研究內容包括：
　　⑴提出了借鑒ARINC65

2、9的物理層對FlexRay總線物理層進行改進。ARINC659采用雙冗余交叉通信方式，具有很好的可靠性和容錯能力。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高可靠度和容錯性的物理層，通過對改進前后總線的可靠性和容錯能力的分析，驗證了改進后的總線有更好的性能。
　?、茖Ω倪M的FlexRay應用層提出了調度判定定理，從而實現(xiàn)對總線的調度優(yōu)化。FlexRay協(xié)議只定義了物理層和數(shù)據鏈路層，對上層的模

3、型并未進行定義，因此具體的任務分配采用的是人為的分配調度機制，總線的占用率可能不高，因此時間觸發(fā)機制的調度分析就顯得很重要。針對改進的FlexRay總線，建立了靜態(tài)段、動態(tài)段、符號窗和網絡空閑時間的各個任務模型，從最壞響應時間和總線占用率兩方面對總線進行分析，通過提出FlexRay可調度性定理并進行證明，從而為FlexRay各參數(shù)的配置提供依據，對總線的調度和總線占用率實現(xiàn)優(yōu)化。
　?、轻槍Ω倪M的FlexRay總線，利用Veril

4、og語言在FPGA上實現(xiàn)了改進后總線物理層和數(shù)據鏈路層的IP核設計。首先采用QuartusⅡ實現(xiàn)各個模塊的設計，再將各模塊統(tǒng)一綜合。模塊包括時鐘模塊、協(xié)議運行控制狀態(tài)模塊、時鐘同步模塊、介質訪問模塊、收發(fā)模塊。對設計的各模塊利用Modelsim軟件進行仿真，驗證各模塊的正確性。通過仿真表明IP核設計能滿足功能需求，能夠實現(xiàn)通信的建立、時鐘同步，并能完成數(shù)據收發(fā)，而且改進后的總線具有更好的容錯能力。
　?、柔槍Ω倪MFlexRay總線

5、設計硬件平臺，繪制了FPGA開發(fā)板，芯片采用Altera的Cyclone EP1C12Q240C8，在FPGA上實現(xiàn)了改進FlexRay總線的IP核。采用開發(fā)板搭建實驗平臺。利用Cyclone自帶的NiosⅡ內核作為主機控制設計的IP核通信控制器，結合NiosⅡ9.0 IDE工具對NiosⅡ核進行編程開發(fā)，實現(xiàn)改進總線的數(shù)據收發(fā)。通過對設計的開發(fā)板進行相關的符合性測試，驗證了最終結果:針對改進的FlexRay總線所設計的IP核能夠正確完