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基于PC104总线的MVB主卡设计与实现

作　者: 李振伟
导　师: 王伟
学　校: 大连理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 列车通信网络多功能车辆总线电子设计自动化现场可编程门阵列 ARM
分类号: U285
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 352次
引　用: 1次
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内容摘要

随着列车高速化、自动化的发展,集列车控制、故障诊断以及旅客服务信息处理于一体的列车通信网络(TCN—Train Communication Network)成为高速电力列车上控制系统的关键技术。符合国际标准的列车通信网络设备的开发与应用有着极其广阔的前景。本课题在分析列车通信网络特别是多功能车辆总线(MVB—Multifunction Vehicle Bus)的前提下,提出了基于PC104接口的MVB主卡的设计方法,并给出了硬件和软件的具体实现。本文首先介绍了列车通信网络以及多功能车辆总线的总体发展情况,并研究分析了嵌入式系统和电子设计自动化(EDA-Electronic Design Automation)技术的发展情况,进而通过对软硬件开发平台的综合考虑,给出了基于Nucleus Plus嵌入式实时操作系统、ARM处理器AT91R40008及Xilinx公司Spartan-Ⅱ系列现场可编程门阵列(FPGA-Field Programmable Gate Array)XC2S200的MVB主卡的具体设计方案和实现方法。充分利用了ARM内核高性能、低功耗、低成本的优点,同时利用了FPGA器件高密度、低成本等方面的优点。主卡采用PC104总线接口,具有很强的处理能力,并且完全符合列车通信网络国际标准。最后文中演示了过程数据的传输,并对未来作出了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 列车通信网络的发展现况  9-10
    1.1.1 列车通信网络简介  9
    1.1.2 列车通信网络提出的背景  9-10
  1.2 列车通信网络的研究  10-12
    1.2.1 列车通讯网络的体系结构  10-11
    1.2.2 列车通信网络的协议模型  11-12
  1.3 MVB介绍  12-14
    1.3.1 MVB设备的分类  12-13
    1.3.2 MVB的传输介质  13-14
    1.3.3 MVB的通信  14
  1.4 课题的研究意义和论文结构  14-16
    1.4.1 本课题的提出及研究意义  14-15
    1.4.2 论文结构  15-16
2 嵌入式系统的发展研究  16-26
  2.1 嵌入式系统介绍  16-18
    2.1.1 嵌入式系统的定义  16
    2.1.2 嵌入式系统的特点  16-17
    2.1.3 嵌入式系统的发展阶段  17-18
  2.2 ARM介绍  18-20
    2.2.1 ARM概述  18
    2.2.2 ARM内核系列  18-19
    2.2.3 ARM调试技术  19-20
  2.3 嵌入式操作系统概述  20-23
    2.3.1 嵌入式操作系统简介  20-21
    2.3.2 实时操作系统的必备特性  21-22
    2.3.3 几种流行的嵌入式实时操作系统比较  22-23
  2.4 EDA及FPGA介绍  23-26
    2.4.1 EDA技术  23-24
    2.4.2 FPGA  24-26
3 MVB主卡的整体设计  26-32
  3.1 MVB主卡的功能需求  26
  3.2 MVB主卡软硬件平台的实现分析  26-28
    3.2.1 PC104总线的选取  26-27
    3.2.2 处理器AT91R40008的选取  27
    3.2.3 FPGA的选取  27-28
    3.2.4 嵌入式实时操作系统的选取  28
  3.3 MVB主卡的工作模式  28-30
  3.4 MVB主卡的结构  30-32
4 MVB主卡的硬件实现  32-44
  4.1 处理器AT91R40008周边电路设计  32-37
    4.1.1 AT91R40008介绍  32-33
    4.1.2 引导模式选择  33
    4.1.3 看门狗及复位电路  33-35
    4.1.4 系统的存储模块设计  35-36
    4.1.5 系统的调试端口(JTAG)  36-37
  4.2 FPGA周边电路设计  37-44
    4.2.1 通讯存储器(TM-Traffic Memory)设计  37-38
    4.2.2 MVB接口电路设计  38-41
    4.2.3 主机接口设计  41-44
5 MVB主卡接口的API设计  44-47
  5.1 命令字接口  44
  5.2 接口函数设计  44-46
  5.3 程序流程  46-47
6 系统调试  47-51
  6.1 调试环境  47
  6.2 主卡测试方案  47-51
    6.2.1 过程变量接收测试  47-48
    6.2.2 过程变量发送测试  48-49
    6.2.3 总线主功能测试  49
    6.2.4 测试结果分析  49-51
结论  51-52
参考文献  52-54
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  54-55
致谢  55-56
大连理工大学学位论文版权使用授权书  56

基于PC104总线的MVB主卡设计与实现

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