列控安全計算機時間觸發(fā)通信總線的實現(xiàn)與驗證.pdf

1、近年來，隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展，越來越多的人們選擇高鐵作為主要的出行方式，這對列控系統(tǒng)提出更高的安全與可靠要求。列控安全計算機作為列車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，負責處理列控系統(tǒng)安全應(yīng)用的核心數(shù)據(jù)。通信總線作為安全計算機平臺的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，保證安全計算機內(nèi)部各個功能單元安全可靠通信。本文參照安全通信的相關(guān)國際標準，在安全計算機平臺內(nèi)部的通信總線采用時間觸發(fā)通信總線。它的研究對于實現(xiàn)下一代列控通用安全計算機具有十分重要的意義。
　　

2、本文首先根據(jù)列控安全計算平臺的實際需求設(shè)計時間觸發(fā)通信總線?？偩€的物理層借鑒航空總線ARINC659總線的特點，設(shè)計一種高可靠、靈活配置、可擴展的總線。在數(shù)據(jù)的鏈路層中提出一種同步管理機制來保證多個通信節(jié)點的時鐘同步，同時提出一種多主輪詢的通信調(diào)度算法來確保每個通信節(jié)點在確定的時間里發(fā)送消息。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，采用差錯控制策略，主要分為兩個方面，一個是檢錯，確定當前數(shù)據(jù)幀是否是正確;另一方面是提出一種改進型的重發(fā)機制實現(xiàn)差錯控制，保證

3、數(shù)據(jù)通信的可靠性。將鏈路層的數(shù)據(jù)封裝成固定格式的數(shù)據(jù)幀，方便系統(tǒng)的上一層進行透明傳輸和數(shù)據(jù)校驗。
　　然后，結(jié)合時間觸發(fā)總線的并發(fā)性與時間確定性的特點，選用確定隨機Petri網(wǎng)進行形式化的分析。首先分析通信總線針對各種風險采用的防護措施，建立總線時間觸發(fā)機制的故障模型，證明這種機制可以有效地防護總線通信的各種風險。同時分析時間觸發(fā)總線重發(fā)機制的實時性，通過對比不同重發(fā)次數(shù)的可靠性與延遲性，本文選取總線重發(fā)次數(shù)最多為3次。
　

4、　最后，采用Verilog HDL語言進行FPGA編程實現(xiàn)總線鏈路層數(shù)據(jù)幀組幀和解幀模塊、時間觸發(fā)機制的時間管理模塊、鏈路層協(xié)議與上層通信協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、以及總線串并轉(zhuǎn)換模塊。在程序?qū)崿F(xiàn)過程中采用Modelsim軟件仿真各個模塊，觀察功能模塊的時序圖是否正確。在板級驗證中采用邏輯分析器SignalTapⅡ抓取FPGA內(nèi)部管腳的時序圖，觀察時間觸發(fā)總線是否正常運行。
　　本文采用形式化建模與實物仿真相結(jié)合的方法，驗證時間觸發(fā)通信總線可