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WorldFIP列车通信网络硬件系统设计

张琪  
【摘要】:WorldFIP现场总线作为当今世界应用最为广泛的工业数据总线之一,近年来发展十分迅速,因其实时性、可靠性、同步性以及协议单一等特点,被广泛应用于交通、能源、铁路、电力等各个领域(主要在欧洲)。在国内,WorldFIP现场总线在电力行业以及铁路交通方面也都有了一定的应用。本文依托WorldFIP列车通信网络项目,主要介绍了包括主设备板卡、从设备板卡和WorldFIP-RS422/485+CAN网关三个硬件板卡的设计开发。主设备板使用ARM作为处理器,FULLFIP2为通信控制器,主要用作总线仲裁器;从设备和网关使用飞思卡尔公司的单片机作为处理器芯片,同时以MICRIOFIP作为通信协处理器,其中从设备主要作站功能使用,而网关主要用于实现WorldFIP同RS422/485和CAN之间的协议转换。论文首先介绍了现场总线的发展状况,重点分析了WorldFIP现场总线的应用特点以及在国内外的发展现状。然后分析系统的功能需求,确定了系统设计方案,具体包括主从设备硬件电路设计方案、所使用的主要芯片以及PCB布局的确定,详细介绍了主从设备所选用的CPU,并对设计中所涉及到的关键技术以及相关解决方案作了说明,主要包括主设备中大容量存储器NandFLASH和通信控制器FULLFIP2的时序分析,以及从设备中访问MICROFIP的时序设置说明,列举了设计过程中可能出现的问题以及相应的解决思路。详细介绍了主从设备板卡的各功能接口电路设计,包括电源、SDRAM、NandFlash、USB接口、以太网接口、CAN总线、RS422/485接口以及FIP网通信接口等,并对相关功能接口所使用的主要芯片作了详细介绍。最后介绍了主从设备FIP网通信部分的连接方式以及相关测试方法,并对测试结果进行了阐述。测试结果表明,系统板卡运转正常,功能满足需求,各方面指标均合格,且能长时间保持良好运行状态。


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