本文關(guān)鍵詞：FlexRay總線測試平臺與網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)化研究

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【摘要】：隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展,車載電子設(shè)備對車載通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求和實時性在不斷的增長,FlexRay作為下一代車用網(wǎng)絡(luò),由于其高帶寬、雙通道冗余、消息發(fā)送時間的確定性等優(yōu)點,目前已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。本文圍繞兩個問題展開研究：(1)在FlexRay總線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與調(diào)試的過程中,為了獲取各個節(jié)點的運行狀態(tài),從而進一步分析網(wǎng)絡(luò)性能,需要設(shè)計一種測試平臺能夠詳細記錄網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；(2)在FlexRay通信網(wǎng)絡(luò)中,當前通用方法是為每個消息分配一個FlexRay靜態(tài)段時槽,然而這樣導(dǎo)致FlexRay靜態(tài)段時槽利用率低,造成帶寬浪費。本文針對以上述第一個問題設(shè)計了FlexRay網(wǎng)絡(luò)測試平臺,由數(shù)據(jù)采集設(shè)備和上位機監(jiān)控界面組成。測試平臺使用FPGA作為核心器件,設(shè)計了集CPU、SPI接口、存儲器等IP核于一身的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。設(shè)計了FPGA與FlexRay網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信的SPI協(xié)議。FPGA和上位機之間采用USB通信,并設(shè)計了USB通信協(xié)議和MySQL數(shù)據(jù)庫管理軟件,能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)存入MySQL數(shù)據(jù)庫中并可實時顯示給用戶以完成進一步的分析。針對上述第二個問題,在研究了FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信機制的基礎(chǔ)上,提出了二次整數(shù)規(guī)劃模型,可以實現(xiàn)各節(jié)點發(fā)送消息的時槽分配優(yōu)化進而提高帶寬利用率。通過循環(huán)求解約束條件將二次整數(shù)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)換成為求解一次整數(shù)規(guī)劃問題,進而利用CPLEX軟件求解得到最優(yōu)解,最終得到FlexRay網(wǎng)絡(luò)調(diào)度表。同時設(shè)計了隨機消息生成器與優(yōu)化結(jié)果顯示界面以完成模型測試,隨機消息生成器用于消息的生成,優(yōu)化結(jié)果顯示界面用來顯示優(yōu)化求解得到的最優(yōu)解。根據(jù)求解的調(diào)度表,設(shè)計了基于MC9S12XF512單片機的緩存配置代碼生成器,根據(jù)配置代碼移植了FlexRay通信程序并利用本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)測試平臺進行了測試,最終驗證了模型在實際網(wǎng)絡(luò)中的可行性。
【關(guān)鍵詞】：FlexRay 靜態(tài)段 優(yōu)化模型 測試平臺
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U463.6
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15
• 1.3 FlexRay總線簡介15-17
• 1.4 課題的研究意義17
• 1.5 本文的章節(jié)安排17-18
• 2 FlexRay總線協(xié)議分析18-28
• 2.1 FlexRay協(xié)議總體介紹18-20
• 2.2 FlexRay協(xié)議時鐘20-21
• 2.2.1 FlexRay協(xié)議時鐘周期概念20-21
• 2.2.2 FlexRay協(xié)議時鐘同步21
• 2.3 FlexRay幀格式與幀編碼21-24
• 2.3.1 FlexRay幀格式21-22
• 2.3.2 FlexRay靜態(tài)幀和動態(tài)幀編碼和解碼22-23
• 2.3.3 FlexRay特征符編碼23-24
• 2.3.4 FlexRay總線電平特性24
• 2.4 FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信硬件架構(gòu)24-25
• 2.5 FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信軟件架構(gòu)25-28
• 3 FlexRay測試平臺開發(fā)28-58
• 3.1 測試平臺開發(fā)需求分析28-29
• 3.2 測試平臺方案設(shè)計29-31
• 3.2.1 測試平臺硬件方案概念設(shè)計29-30
• 3.2.2 測試平臺開發(fā)軟件選擇30-31
• 3.3 實際硬件組成方案31-32
• 3.4 通信協(xié)議設(shè)計32-34
• 3.4.1 測量系統(tǒng)的通信協(xié)議架構(gòu)32-33
• 3.4.2 SPI幀協(xié)議設(shè)計33-34
• 3.4.3 USB幀協(xié)議設(shè)計34
• 3.5 單片機輸出數(shù)據(jù)軟件設(shè)計34-39
• 3.5.1 單片機SPI通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計34-35
• 3.5.2 單片機SPI通信程序設(shè)計35-39
• 3.6 FPGA內(nèi)部硬件和NIOS Ⅱ軟件設(shè)計39-47
• 3.6.1 FPGA內(nèi)部硬件設(shè)計39-42
• 3.6.2 NIOS Ⅱ軟件設(shè)計42-47
• 3.7 測試模塊PC端程序開發(fā)47-56
• 3.7.1 開發(fā)環(huán)境介紹48-49
• 3.7.2 USB通信程序設(shè)計49-51
• 3.7.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與數(shù)據(jù)庫訪問程序設(shè)計51-56
• 3.8 軟件測試系統(tǒng)設(shè)計56-58
• 4 FlexRay靜態(tài)段優(yōu)化及優(yōu)化軟件設(shè)計58-78
• 4.1 靜態(tài)段時槽分配優(yōu)化問題描述58
• 4.2 靜態(tài)段優(yōu)化模型建立58-66
• 4.2.1 優(yōu)化模型介紹58-59
• 4.2.2 優(yōu)化模型數(shù)學(xué)模型59-64
• 4.2.3 優(yōu)化模型松弛及求解方案64-66
• 4.3 優(yōu)化模型求解軟件與FlexRay通信程序設(shè)計66-76
• 4.3.1 優(yōu)化模型求解軟件設(shè)計66-72
• 4.3.2 優(yōu)化結(jié)果配置代碼生成軟件設(shè)計72-75
• 4.3.3 MC9S12XF512單片機FlexRay通信程序設(shè)計75-76
• 4.4 優(yōu)化模型測試結(jié)果76-78
• 5 FlexRay組網(wǎng)實驗與仿真測試平臺實驗78-92
• 5.1 測試流程方案設(shè)計78
• 5.2 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案實施78-82
• 5.2.1 優(yōu)化模型參數(shù)生成78-80
• 5.2.2 優(yōu)化模型求解80
• 5.2.3 配置代碼生成80-82
• 5.3 測試平臺的組網(wǎng)運行與實驗82-85
• 5.4 PC端軟件功能測試85-90
• 5.5 組網(wǎng)實驗與軟件測試總結(jié)90-92
• 6 結(jié)論與展望92-94
• 參考文獻94-98
• 附錄A98-100
• 作者簡歷及攻讀碩士/博士學(xué)位期間取得的研究成果100-104
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集104

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本文編號：1041796