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基于量子框架的多总线交换机系统设计

作　者: 姜文超
导　师: 袁泉；张承瑞
学　校: 山东大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 量子框架 FlexRay 交换机 有限状态机
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 81次
引　用: 1次
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内容摘要


伴随着汽车性能的不断提高,车内电子控制系统的应用日益复杂,这也促进了汽车网络技术的飞速发展和广泛应用,多总线技术的使用支持更多的电子控制单元引入到汽车中,从而极大的提高了汽车的安全性和舒适性。但多总线协议间的通信必须通过总线交换机完成不同协议的转换,因此也给汽车整体性带来很多的问题,如可维护性差、可靠性降低等,尤其有新的总线技术引入时,需要对现有交换机进行较大的改动,甚至要重新设计开发,从而增加开发成本,不利于车内网络的开放性。本文使用量子框架提供的软件总线平台设计CAN/LIN/FlexRay的多总线交换机来提高车内网络系统的开放性。本文主要研究内容如下:研究有限状态机及其具体的实现技术——量子框架。量子框架是以活动对象作为基本的构成元素,所有活动对象间的消息传递都是通过量子框架来实现的。在开放式系统中,量子框架扮演软件总线的角色。本文提出了一种具有开放性的CAN/LIN/FlexRay的多总线交换机框架,这种框架不依赖于控制器和操作系统的类型,可以实现软件和硬件层次上的开放。文章提出了多总线交换机的实时性设计和整体的设计方案。首先介绍了CAN总线技术的同步机制原理和方法。其次,在简要介绍FlexRay这种新型的总线技术的发展和特点的基础上,论述其内部同步机制的原理,并从量子框架的角度进一步分析FlexRay网络同步过程——FlexRay节点的时钟同步和节点初始化过程,提出了多总线交换机实时性设计思想,并提出了多总线交换机的软硬件设计方案。文章介绍了多总线交换机的硬件电路和软件设计。在对嵌入式操作系统的移植和基于量子框架提供的软件总线的配置——运行环境层和系统软件层进行了简要的说明的基础上,文章分析了多总线交换机的工作过程,建立了各个功能模块的基于量子框架的状态机模型,以操作系统的设计模式研究了交换机的设计方法,并通过建立一个典型的车内网络系统实例验证了多总线交换机的功能性和开放性。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景  10-11
  1.2 课题目的及研究意义  11-12
  1.3 课题国内外研究现状  12-15
    1.3.1 汽车总线技术的发展现状  12-14
    1.3.2 现今交换机技术发展  14-15
  1.4 主要内容  15-16
第2章 基于量子框架的多总线交换机总体设计  16-40
  2.1 状态机与量子框架  16-21
    2.1.1 状态机  16-18
    2.1.2 量子框架  18-21
  2.2 开放式车内网络多总线交换机的结构  21-24
    2.2.1 开放式多总线交换机架构  22-23
    2.2.2 开放式多总线交换机设计方法  23
    2.2.3 基于量子框架设计的优点  23-24
  2.3 多总线交换机的实时性设计  24-38
    2.3.1 CAN总线的实时性  24-28
    2.3.2 基于量子框架的FlexRay总线实时性研究  28-37
    2.3.3 多总线交换机的实时性设计  37-38
  2.4 开放性多总线交换机的设计方案  38-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章 多总线交换机的硬件设计  40-48
  3.1 多总线交换机结构图  40
  3.2 交换机控制器选择  40-44
  3.3 FlexRay网络节点的硬件设计  44-45
  3.4 CAN节点和LIN节点的硬件设计  45-46
  3.5 其他功能设计  46-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章 基于量子框架的多总线交换机嵌入式软件设计  48-66
  4.1 操作系统uC/OS-II的移植  48-53
    4.1.1 uC/OS-II系统文档的配置  48-52
    4.1.2 uC/OS-II程序代码的设计  52-53
  4.2 基于量子框架的软件总线配置  53-58
    4.2.1 运行环境层的配置  54-57
    4.2.2 系统软件层的配置  57-58
  4.3 基于量子框架的交换机的软件设计  58-65
    4.3.1 活动对象分析  59
    4.3.2 活动对象(任务)设计  59-65
  4.4 本章小结  65-66
第5章 多总线交换机系统测试  66-74
  5.1 交换机在车身网络中的测试方案  66-67
  5.2 车内网络的协议设计  67-69
  5.3 多总线交换机的测试实验  69-72
    5.3.1 硬件测试平台  69-70
    5.3.2 软件测试及开放性验证  70-72
  5.4 本章总结  72-74
结论与展望  74-76
  结论  74
  本论文的主要创新点  74-75
  研究展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
攻读学位期间发表的论文目录  81-82
学位论文评阅及答辩情况表  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程 > 软件开发
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