基于FPGA的MVB1类设备网卡的设计
基于X86及PCIE的MVB通信网卡设计
基于X86及PCIE的MVB通信网卡设计作者:宁寿辉石小磊来源:《数字技术与应用》2020年第01期摘要:简要介绍多功能车辆总线(MVB )总线及PCIE总线的特点,给出了基于X86处理器、PCIE总线接口的MVB通信网卡的硬件架构及设计方法,MVB网卡驱动软件、通信软件设计开发流程。
关键词:MVB;PCIE;X86;通信网卡;驱动;通信中图分类号:TP334.7 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2020)01-0142-030 引言目前,符合TCN标准的通信产品在铁路上已经得到广泛应用,该标准定义了两种用于列车车载数据通信的现场总线:绞线式列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)。
MVB总线将车厢内,即机车内、客车车辆内或货车车辆内的设备连在一起构成一个局域网。
其中,以基于PC/104架构的MVB通信设备应用最为广泛。
随着PCI总线技术向工业控制领域渗透,以支持热插拔操作为显著特征的PCI总线的MVB通信设备拥有良好的应用前景。
PCI总线技术具有无法忽视的优点,如更高的总线频率、独立于处理器、支持突发读写传输、自动配置、支持自动的设备检测与配置及低功耗等。
PCI-Express (PCIE)作为最新一代的总线接口,其点对点的串行设计以及双通道高带宽的传输模式,大大提高了数据的传输速率,它的广泛应用将全面取代PCI、AGP等总线。
本文设计了一种基于X86及PCIE总线的MVB通信网卡,并完成软硬件设计开发。
1 MVB网卡硬件设计1.1 总体硬件架构MVB网卡硬件架构如图1所示,MVB网卡由现场可编程逻辑阵列FPGA和MVB物理接口单元两部分组成。
现场可编程逻辑阵列FPGA完成PCIE总线数据编解码、MVB数据帧收发以及PCIE总线与MVB核之间的数据交互,MVB物理接口单元完成MVB数据的编解码(RS485格式)和符合IEC61375-1标准的TCN网络物理接入。
1.2 MVB接口单元设计MVB接口单元完成MVB差分信号隔离、RS485信号编解码和收发器控制,接口标准符合IEC61357-1协议。
IEC61375标准的MVB通信控制器的设计
.
TheninchaPter11
and111conductedin一dePthsutdyofthecommunicationmechanism.ChaPterIVandV
makeaoveralldesianofMVBC;andalsotheinternalmodulesofMVBC
3.3MVB的数据类型...........................................……13
3.4介质的分配..............................................……14
4多功能车厢总线控制器整体方案分析与设计.....................……15
5.5.1ATU功能描述.........................................……25
5.5.2ATU设计思路.........................................……25
5.5.3ATU设计实现.........................................……27
用Atlera的集成开发环境Quaurts。目前各个模块的代码设计已完毕,并通过了软
件仿真,正在进行FPGA板级验证工作。
列车车辆的现代化的发展趋势与可靠性、安全性、通讯实时性的要求使MVB
有着广泛的应用前景。本设计在该领域上填补了国内的空白,为我国实现TCN的
自主开发形成了一个突破口,同时自身也具有巨大的市场价值和技术价值。
indePendentdeveloPingTCN,andhasgreatmarketvalueandtechnologyvalueby
基于FPGA的MVB总线分析仪研究设计.
基于FPGA的MVB总线分析仪研究设计1引言随着高速铁路的迅速发展以及机车车辆的现代化发展趋势,对列车总线的可靠性、安全性、通讯实时性的要求进一步提高,国内的传统的现场总线难于满足要求,而多功能车辆总线(MVB)是快速的过程控制总线,能提供最佳的响应速度,且适合用作车辆总线,这就使得MVB逐渐成为下一代车辆的通信总线标准。
随着MVB通信网络应用的日益广泛,我国铁道部已将其作为列车通信的标准平台,国内铁路轨道交通设备制造企业也相继从国外引进装备有MV1 引言随着高速铁路的迅速发展以及机车车辆的现代化发展趋势,对列车总线的可靠性、安全性、通讯实时性的要求进一步提高,国内的传统的现场总线难于满足要求,而多功能车辆总线(MVB)是快速的过程控制总线,能提供最佳的响应速度,且适合用作车辆总线,这就使得MVB逐渐成为下一代车辆的通信总线标准。
随着MVB通信网络应用的日益广泛,我国铁道部已将其作为列车通信的标准平台,国内铁路轨道交通设备制造企业也相继从国外引进装备有MVB网络的列车微机控制系统,一些部门也开展了MVB相关产品的国产化研究和自主研发工作。
为了确保不同设备制造厂家生产设备的兼容性,也为了验证所研发的MVB产品的协议一致性,必须对各个MVB设备进行协议一致性测试,以提高MVB 设备互连的成功率。
在MVB的设计和实施过程中,正确地分析出MVB总线运行状态是一个重要的工作。
因此对MVB网络进行分析是进一步研究MVB技术的必备手段。
2 MVB协议简介MVB在物理层可以使用3种不同的物理介质:无隔离的短距离电气介质ESD、有隔离的中距离电气质EMD和长距离光纤介质OGF,所有的介质均采用1.5 Mb/s 的传输速率。
MVB对总线的介质访问采用集中控制、周期性分配的主一从方式,由总线上惟一的总线管理器即主设备集中控制介质的存取。
工作时主设备将总线带(每个基本周期)分为周期性预先分配(周期相)和非周期性按需分配(偶发相)两部分。
MVB1类设备控制器的FPGA设计
MVB1类设备控制器的FPGA设计
张大波;李红;邱志坚
【期刊名称】《电子技术应用》
【年(卷),期】2007(33)2
【摘要】以Xilinx公司的ISE为开发平台,采用Xilinx Spartan2e XC2S200-
5PQ2081芯片,实现了MVB1类设备控制器的功能,并搭建了测试模型,在Modelsim中仿真了其收/发帧及报文分析等功能,得到了符合IEC61375协议的帧波形.
【总页数】4页(P84-87)
【作者】张大波;李红;邱志坚
【作者单位】大连理工大学,电子与信息工程学院,辽宁,大连,116023;大连理工大学,电子与信息工程学院,辽宁,大连,116023;大连理工大学,电子与信息工程学院,辽宁,大连,116023
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.MVB控制器校验序列FPGA设计 [J], 常玉琪;胡黄水;王宏志;王莹
2.数据采集系统中SDRAM控制器的FPGA设计 [J], 雷能芳
3.FPGA设计的太阳能交通信号灯控制器 [J], 聂明旺;刘杰
4.DDR2SDRAM控制器接口的FPGA设计及实现 [J], 王梦;蒋峰;谢浩澜
5.基于FPGA的MVB1类设备网卡的设计 [J], 王锋
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关于FPGA实现网卡通信的方案比较报告
关于FPGA实现网卡通信的方案比较报告嗨,大家好!今天我要和大家分享一篇关于FPGA实现网卡通信的方案比较报告。
这个问题可是相当有意思,咱们就来一起探讨一下吧。
咱们得聊聊FPGA是个啥。
FPGA,全称是现场可编程门阵列,它是一种高度集成的可编程硬件设备。
简单来说,FPGA就是一块可以根据需求来编程的芯片,可以实现各种各样的功能。
那么,为什么我们要用FPGA来实现网卡通信呢?原因就在于FPGA的并行处理能力和灵活性。
传统的CPU处理速度受限,而FPGA可以实现高速并行处理,这对于网络通信来说可是至关重要的。
咱们来看看几种常见的FPGA实现网卡通信的方案,并对比一下它们的优缺点。
是基于PCIe的方案。
这个方案利用PCIe总线实现FPGA与主机之间的数据传输。
它的优点在于带宽高、延迟低,可以满足高速网络通信的需求。
但是,PCIe方案的成本相对较高,且对硬件要求较高,需要专门的PCIe接口和相应的驱动程序。
是基于以太网的方案。
这个方案利用以太网接口实现FPGA与主机之间的通信。
它的优点在于成本低、部署方便,适用于大部分网络环境。
不过,以太网方案的数据传输速率相对较低,不适合对速度要求极高的应用场景。
再来看看基于USB的方案。
这个方案利用USB接口实现FPGA与主机之间的数据传输。
它的优点在于成本低、部署简单,适用于桌面级应用。
但是,USB方案的数据传输速率较低,且对实时性要求较高的应用场景不太适用。
还有一种基于SATA的方案。
这个方案利用SATA接口实现FPGA与主机之间的数据传输。
它的优点在于带宽高、延迟低,适用于高速存储和网络通信领域。
不过,SATA方案的成本相对较高,且对硬件要求较高。
那么,在实际应用中,我们应该如何选择合适的方案呢?这就要根据具体需求来分析了。
如果对速度和实时性要求极高,那么基于PCIe的方案可能是最佳选择。
如果成本和部署便利性是首要考虑因素,那么基于以太网的方案可能更适合。
如果应用场景对实时性要求不是特别高,那么基于USB的方案也是一个不错的选择。
MVB多功能车辆总线仿真与检测系统的设计及应用
计算机应用轨道交通装备与技术第2期2021年3月文章编号:2095 -5251(2021)02 - 0059 -03MVB多功能车柄总线仿真与检测糸蜣的设计及启用王健(上海地铁电子科技有限公司上海200237)摘要:通过对T C N标准(IEC61375 - 1)中多功能车辆总线M V B通信协议的研究,利用通用逻辑芯片F P G A技术、USB通讯技术、嵌入式Linux系统及Python语言开发技术等,设计了 M V B仿真与检测系统。
该系统通过M V B通信协议的编码和解码功能,实现了对M V B多功能车辆总线的仿真;通过对总线波形的实时采集和数据分析,实现了对M V B多功能车辆总线的检测。
关键词:MVB;仿真;通信检测;主帧;端口中图分类号:U285.4M 文献标识码:BDOI:10. 13711/j. cnki. cn32 - 1836/u. 2021.02.020〇引言MVB(多功能车辆总线)作为列车通信网络(TCN)的一部分,负责一个车厢内设备或者一个固 定的车辆组内设备的数据通信。
具有实时性强、可靠性高、传输数据快和传输距离远等优点,目前在高 铁和地铁中的应用非常广泛m。
为了实现对多功能列车总线的状态监测、故障 诊断和一致性测试,以及在车载设备的研发和调试 过程中,模拟多功能列车总线的数据传输过程,设计 了一套系统,主要实现了以下功能:(1)MVB仿真发 送功能;(2)总线波形实时采集功能;(3)数据分析 功能;(4) Linux系统下Python控制程序设计。
1整体设计在MVB数据通信中,具有以下特征:通信传送 方式采用主从帧应答,帧发送方式采用周期性广播,帧标识符具有帧头和帧尾标识以识别帧的开始和结 束,帧编码采用曼彻斯特编码,数据传输速率为1.5 Mbit/s。
为了仿真MVB总线通信,需要仿真主站发 送主帧数据,仿真从站发送从帧数据,仿真接收主帧 数据和从帧数据。
通过对MVB通信总线波形的实收稿日期:2020 -05 -13作者简介:王健(1982 -),男.硕士研究生学历,高级工程师,从事 列车网络通信技术研究T.作。
基于FPGA的MVB1类设备的研究与设计
1 . 3 MV B设 备分 类
据I E C 6 1 3 7 5 . 1 标准 的定义 ,M V B上 的设 备按性能可分 为 6类 。不 同类 的设 备承 载不 同的功能 及服务 ,等 级越 高 的设 备 ,它 的功能 就越 强大 。其 中 MV B总 线 中的主 设备 ( M vB
网的拓扑结 构如图 1 所示 。
列车总线 wT B
定 义 的 7层完 备模 型结构 ,实现 网络 管理信 息 、故 障诊断信 息 、维修服务信息和旅客服务信息的非 实时传输 。消息数 据作
为偶发 胜数据采用 目标寻址方式按 需传 输 ,数据从 源设备 发向
目标设备或 同一总线上的所有设备 ,总线上每个设 备有两个队
在列 车上存在 着大量 的设 备控制 和旅 客服务 的信息 ,由 于这些信 息的数量和种类不断增长 ,就迫切需要 一种大容量 、 高速 度的信 息传输 系统 。列 车通信 网络 T C N( T r a i n C o mm u n i — c a t i o n N e t w o r k )正是在 这种背景下产 生的 。列 车通信 网络集计
量接口A V I 处理过程变量 的访 问。消息服务协议则包含 了 O S I
算机 技术 、检 测控 制技术 、网络通信 技术 为一体 ,实 现全列
车环 境下 的信 息交换 及控制 系统 的分 布式 控制 ,进而保 证列 车 的正 常运行 ,是列车系统信息化 的基础 。
1 MV B通 信原 理
GoNG J u a n
( H u n a n R a i l wa y P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y C o l l e g e, H a " n a n Z h u z h o u 4 1 2 0 0 1, C h i n a )
基于FPGA的MVB接收模块设计
基于FPGA的MVB接收模块设计摘要:本文在研究和分析IEC61375-3-1的基础上,提出了一种MVB接收模块的状态转移图,并用verilog HDL描述了该状态机,最后用Vivado开发平台自带的isim 仿真工具进行了功能仿真。
关键词: MVB FPGA 状态机MVB(多功能车辆总线),是一种串行数据通信总线,主要用于连接列车各个车辆内的控制单元和设备,为车辆级网络设备提供信息通道,从而实现对网络设备的监控、诊断、通信等,它具有高实时性和高稳定性的优势。
MVBC(多功能车辆总线控制器)是MVB总线通信的核心,也是MVB设备上不可缺少的组成部分。
它独立于物理层和功能设备,为总线上的各个设备提供通讯接口和通讯服务。
由于起步晚及以及国外企业的垄断,MVBC技术一直掌握在西门子、ABB、庞巴迪等行业巨头手中。
随着可编程逻辑器件在电子行业的广泛应用,为基于FPGA实现MVBC的功能提供了可能。
同时Dugon公司在基于FPGA实现MVB通信卡方面的成功也为国内开发MVBC提供了可借鉴的经验。
1.MVB帧协议MVB的数据采用曼彻斯特编码,从低到高为“0”,从高到低为“1”,同时增加了两个非数据符编码“NH”和“NL”。
它有两种帧类型,一种是总线主设备发布的主帧;另一种则是由从设备响应主帧而发送的从帧。
一条主帧和其对应的从帧组成一个报文。
主帧的长度固定为33位,主帧数据的内容包括:9位主起始分界符、16位数据(包括4位F code和12位的地址或参量)以及8位校验序列。
所有设备都对主帧进行译码,随后被寻址的源设备响应一个从帧,该从帧可被几个其他的设备所接收。
从帧可能有五种长度:33、49、81、153或者297位,它是由主帧中的4位F代码所决定的,其中包括9位从起始分界符和16--256位的数据。
每隔64位序列有一个8位校验序列。
主帧和从帧的格式如下图1所示:在一个MVB网络中,所有的网络设备都配置了相同数量和大小的数据端口。
基于FPGA的智能网卡设计与实现
基于FPGA的智能网卡设计与实现现今,计算机已经成为生活中不可或缺的一部分,与计算机相关的硬件设备也在不断地更新迭代。
其中,网卡作为计算机中重要的网络通信接口之一,其性能的提升对于整个计算机系统的正常运行和数据传输速度的提升具有重要的影响。
在众多网卡设备中,基于FPGA的智能网卡已经成为越来越受关注的一种高性能的网络通信设备。
本文将详细地介绍基于FPGA的智能网卡的设计与实现。
一、 FPGA及其在网卡设备中的应用FPGA即现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array),它可以实现数字逻辑和数字信号处理应用芯片的自定义电路设计,也可以实现复杂的数字信号处理算法的硬件加速。
FPGA在电子领域中广泛应用,尤其是在计算机中的应用日益广泛。
在网卡设备中,使用FPGA可以使网卡更加智能化,提高其数据处理速度和性能。
比如,在数据包的处理中,FPGA可以快速地进行解析、分类和过滤,减轻传输数据的负担,提高传输速度和吞吐量。
同时,FPGA还可以实现流控制、监控和数据包转发等功能。
二、智能网卡的需求和性能指标随着网络通信的快速发展和数据通信量的增加,传统网卡已经无法满足网络通信的需求。
智能网卡的出现,为网络通信提供了更高性能和更强功能的解决方案。
对于智能网卡的性能指标,主要包括以下几个方面:1. 吞吐量吞吐量是指网卡能够处理的数据量,也反映了网卡的处理速度。
智能网卡一般都有更高的吞吐量,因为它能够更快地处理和传输数据。
2. 处理能力处理能力是指网卡对数据的处理能力。
传统网卡只能进行基本的数据传输,而智能网卡可以进行更加复杂的数据处理,如数据包的解析和分类等,可以大幅提高数据的处理效率。
3. 负载均衡负载均衡是指将网络数据传输有效地分配到多个网络链路上,以提高网络的传输速度和稳定性。
智能网卡可以对数据包进行有效地负载均衡和拥塞控制,使网络传输更加高效。
4. 安全性网络数据的传输安全性非常重要。
MVB总线管理器通信网卡的研制
MVB总线管理器通信网卡的研制朱广超【摘要】MVB总线管理器具有MVB总线管理和仲裁功能,是MVB网络的关键核心设备.从分析MVB总线管理器的功能和需求出发,介绍了研制MVB总线管理器的硬件系统和软件系统设计方案,并介绍了MVB控制器的FPGA实现、介质分配策略、事件仲裁策略、主权转移等关键技术的设计实现方案.MVB一致性测试和功能测试结果验证了自主研制的MVB总线管理器的功能和设计方案.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】7页(P11-16,88)【关键词】多功能车辆总线;总线管理器;列车通信网络【作者】朱广超【作者单位】中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京 100081;北京纵横机电技术开发公司,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】U285.5目前,国内外的动车组、机车及城轨车辆广泛采用国际列车网络通信标准IEC 61375-1[1]规定的多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus,简称MVB)作为车厢级总线,实现车厢级网络设备之间的网络通信。
由于MVB网络是总线式网络,为了保证总线上各设备之间网络通信的可靠性和实时性,需要由MVB总线的主设备即总线管理器(Bus Administrator,简称BA)完成总线通信介质的分配和管理,调度和管理各设备之间的通信,因此,MVB总线管理器是整个MVB网络的"指挥官",除具有普通MVB从卡的通信功能外,还需要具有总线的调度和管理功能,是MVB网络的4类功能网卡,也是MVB网络中功能最为复杂的关键网络设备。
国外西门子、庞巴迪分别基于自己成熟的MVB协议控制芯片开发了系统的MVB 网络产品,杜根公司采用FPGA技术开发了MVB协议控制器芯片,并开发了系列化的MVB网卡产品,包括MVB总线管理器。
国内许多科研单位都开展了MVB 网络产品的研发[1-6],由于受国外技术封锁和条件限制,多数单位均基于FPGA 技术自主开发了MVB协议控制器,并取得了很大的进展。
基于FPGA的MVB1类设备网卡的设计
基于FPGA的MVB1类设备网卡的设计
王锋
【期刊名称】《机车电传动》
【年(卷),期】2004()6
【摘要】考虑到MVB 1类设备网卡支持简单的过程数据传送(功能代码为0-4)和设备状态响应(功能代码15),不支持消息数据、过程数据强制功能的情况,提出利用FPGA(现场可编程门阵列)开发MVB 1类设备网卡。
这样,在完成通信功能的同时,可以无需外加CPU即完成一些简单的IO、AD等功能,也可以设计出总线方式与CPU相连。
实践证明MVB 1类设备网卡采用PC104接口与宿主CPU连接,具有110个256位的过程数据通信能力;用FPGA开发MVB1类设备网卡比用MVBC 芯片更具优势。
【总页数】3页(P21-23)
【关键词】MVB1类设备网卡;FPGA;现场可编程门阵列;过程数据通信;车辆总线;通信网络
【作者】王锋
【作者单位】中国北车集团电力牵引研发中心
【正文语种】中文
【中图分类】TN915.05
【相关文献】
1.MVB1类设备控制器的FPGA设计 [J], 张大波;李红;邱志坚
2.基于FPGA的MVB 1类设备的研究与设计 [J], 龚娟
3.基于FPGA的TOE网卡设计与实现 [J], 赵喜全;刘兴奎;郡宗有;刘朝辉;窦晓光;赵晓芳
4.基于FPGA和PCI接口的EtherCAT从站网卡设计 [J], 程天亨;张舞杰
5.基于FPGA的多功能车辆总线一类设备的设计 [J], 郭蕾
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基于FPGA的MVB网络链路层IP核设计
摘要 : 介绍了多功能车辆总线 ( MVB) , 并 从 FP GA 应用设计角度出发 ,实现 MVB 网络链路层 IP 核设计 ,这是一种性价比较高的 MVB 网络链路 层协议芯片替代方案 。
关键词 :多功能车辆总线 ;现场可编程门阵列 ; 列车通信网络
中图分类号 : TP334. 7 ; TN91. 5 文献标识码 :A 文章编号 :100122257 (2007) 0720061203 Abstract :Int roduced t he multif unctio n vehicle bus ,and realized t he design of IP co res for network link layer o n t he base of FP GA ,which takes place of t he chip for net wo rk link layer and achieved t he good performance. Key words :MVB ; FP GA ; TCN
为了防止通信数据失真 ,通常采用 CRC 校验方 法 。帧数据采用一个 8 位或更多的位数序列来保 护 ,数据的内容大于 64 位的则每 64 位后加 1 个 8 位 CRC 校验码 ,小于或等于 64 位的在数据末尾加 1 个 8 位的 CRC 校验码 。CRC 校验方法是将要发 送的数据比特序列左移 8 位当作 1 个多项式的系 数 ,在发送方用收发双方预先约定的生成多项式去 除 ,求得一个余数多项式 。IEC26137521 协议将校 验码规范为 CRC 校验的 7 位余数的结果 ,并应用 1 个偶校验位扩展 ,所得的 8 位数据再取反发送 。图 3 所示为 CRC 校验码的生成模块 。
基于FPGA的MVBC设计与开发的开题报告
基于FPGA的MVBC设计与开发的开题报告1.研究背景和意义网络交换机是实现通信网络互联的重要设备之一。
随着网络技术的不断发展,网络交换机的性能和功能要求也不断提高。
如何实现高速率、低时延、可扩展和可靠的网络交换机,是交换机研究领域亟需解决的问题。
基于FPGA的MVBC设计与开发能够有效提高交换机的性能和功能,也具有较高的研究和应用价值。
2.研究内容和方案本研究拟通过以下几个方面来完成基于FPGA的MVBC设计与开发的工作:(1)了解MVBC的基本概念和原理;(2)研究MVBC在网络交换机中的应用;(3)选取合适的FPGA开发板;(4)进行FPGA的硬件设计与实现;(5)设计MVBC硬件接口及数据传输方式;(6)编写测试程序并进行功能验证。
3.研究进度安排(1)2019年12月-2020年1月:了解MVBC的基本概念和原理;(2)2020年2月-2020年3月:研究MVBC在网络交换机中的应用;(3)2020年4月-2020年5月:选取合适的FPGA开发板;(4)2020年6月-2020年8月:进行FPGA的硬件设计与实现;(5)2020年9月-2020年10月:设计MVBC硬件接口及数据传输方式;(6)2020年11月-2020年12月:编写测试程序并进行功能验证。
4.预期成果(1)掌握MVBC的基本概念和原理;(2)研究MVBC在网络交换机中的应用;(3)完成基于FPGA开发的MVBC硬件设计与实现;(4)实现MVBC硬件接口及数据传输方式;(5)编写测试程序并进行功能验证;(6)达到高速率、低时延、可扩展和可靠的网络交换机性能要求。