基于MicroBlaze的列车以太网交换机软件设计与实现

摘要

近年来，地铁交通相继在国内的各个大城市迅速发展，多媒体信息在地铁中应用得越来越广，对列车网络的带宽要求也越来越高。以太网以其兼容性好、组网方便、成本低、传输速度快等优点，迅速应用到列车网络领域，交换机成为地铁以太网络通信的关键设备。列车以太网交换机需要承载列车中所有控制信息和媒体信息的传输，对性能、可靠性、稳定性、扩展性等都有极高的要求。
　　本文提出一种基于MicroBlaze的列车以太网交换机设计方案，采用MicroBlaze与自定义IP核相结合的方式。其中，自定义IP核采用VHDL开发，用来实现防火墙、NAT、报文检测等高速应用，MicroBlaze采用C语言开发，用来实现复杂的应用层协议和逻辑。这种方式既能满足实时性和灵活性的要求，同时又能降低开发难度，提高可扩展性。另外，针对列车网络位置固定的特点，本文还提出了一种环网控制算法用来提高网络自愈时间，同时对DHCP功能进行了定制以满足特定的功能需求。
　　本文首先简要介绍了列车以太网络和MicroBlaze的概述及发展;然后介绍了列车以太网络拓扑结构和交换机硬件平台;之后结合列车以太网络的功能需求对列车以太网交换机的软件功能需求进行了分析和提炼，同时说明了列车以太网交换机软件的总体设计;最后对列车以太网交换机软件实现进行了详细的说明，主要包括MicroBlaze的定制、BSP功能的设置、Bootloader功能的实现、驱动层程序的实现、中间层程序的实现和应用层程序的实现，其中应用层程序功能包括环网控制、DHCP、通信协议、CLI和VLAN等的功能。最后对交换机软件进行了测试和总结。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 列车以太网络的概述

1．2 MioroBlaze的概述

1．3 本文提出的意义

1．4 本文的工作内容

2 列车以太网交换机软件功能需求

2．1 列车以太网络拓扑结构

2．2 列车以太网交换机硬件平台

2．3 列车以太网交换机软件需求

2．4 本章小结

3 列车以太网交换机软件总体设计

3．1 交换机软件总体设计

3．2 通信协议的设计

3．2．1 维护协议的设计

3．2．2 更新协议的设计

3．2．3 X类协议的设计

3．3 Bootloader的设计

3．4 交换机应用软件的设计

3．5 本章小结

4 列车以太网交换机软件具体实现

4．1 MicroBlaze的定制

4．2 BSP功能的定制

4．3 Bootloader功能的实现

4．4 驱动层程序的实现

4．5 中间层程序的实现

4．6 应用层程序的实现

4．6．1 环网控制的实现

4．6．2 DHCP功能的实现

4．6．3 通信协议的实现

4．6．4 CLI功能的实现

4．6．5 VLAN功能的实现

4．7 本章小结

5 列车以太网交换机软件功能测试

5．1 网络性能测试

5．2 环网功能的测试

5．3 DHCP功能的测试

5．4 CLI功能的测试

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢