列控安全計(jì)算機(jī)時(shí)間觸發(fā)通信總線的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)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(jì)算機(jī)作為列車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)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(jì)算機(jī)平臺的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，保證安全計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，在安全計(jì)算機(jī)平臺內(nèi)部的通信總線采用時(shí)間觸發(fā)通信總線。它的研究對于實(shí)現(xiàn)下一代列控通用安全計(jì)算機(jī)具有十分重要的意義。
　　

2、本文首先根據(jù)列控安全計(jì)算平臺的實(shí)際需求設(shè)計(jì)時(shí)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(diǎn)，設(shè)計(jì)一種高可靠、靈活配置、可擴(kuò)展的總線。在數(shù)據(jù)的鏈路層中提出一種同步管理機(jī)制來保證多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步，同時(shí)提出一種多主輪詢的通信調(diào)度算法來確保每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)在確定的時(shí)間里發(fā)送消息。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，采用差錯(cuò)控制策略，主要分為兩個(gè)方面，一個(gè)是檢錯(cuò)，確定當(dāng)前數(shù)據(jù)幀是否是正確;另一方面是提出一種改進(jìn)型的重發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)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(jìn)行透明傳輸和數(shù)據(jù)校驗(yàn)。
　　然后，結(jié)合時(shí)間觸發(fā)總線的并發(fā)性與時(shí)間確定性的特點(diǎn)，選用確定隨機(jī)Petri網(wǎng)進(jìn)行形式化的分析。首先分析通信總線針對各種風(fēng)險(xiǎn)采用的防護(hù)措施，建立總線時(shí)間觸發(fā)機(jī)制的故障模型，證明這種機(jī)制可以有效地防護(hù)總線通信的各種風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)分析時(shí)間觸發(fā)總線重發(fā)機(jī)制的實(shí)時(shí)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(jìn)行FPGA編程實(shí)現(xiàn)總線鏈路層數(shù)據(jù)幀組幀和解幀模塊、時(shí)間觸發(fā)機(jī)制的時(shí)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(gè)模塊，觀察功能模塊的時(shí)序圖是否正確。在板級驗(yàn)證中采用邏輯分析器SignalTapⅡ抓取FPGA內(nèi)部管腳的時(shí)序圖，觀察時(shí)間觸發(fā)總線是否正常運(yùn)行。
　　本文采用形式化建模與實(shí)物仿真相結(jié)合的方法，驗(yàn)證時(shí)間觸發(fā)通信總線可