列控系统是轨道交通系统的控制中心,保证了列车运营效率和安全运行;随着信息技术的不断发展,各国都在研究下一代列控系统,将原地面设备功能分散到车载设备上,使得功能分配更加合理;基于车车通信的列控系统是下一代列控系统的发展方向,通过在车与车之间直接通信及中继通信,减少了轨旁设备,降低成本,提高各系统的融合度;同时车载设备将处理越来越多的任务,安全计算机系统将有越来越高的数据通信需要,对通信总线有更高的要求。因此本文结合高速光纤通信的成熟技术,提出了一套基于时间触发的高速通信协议。首先,本文通过研究已有的列控安全计算机平台的通信协议,了解到现有列控系统对通信可靠性要求很高,但通信速率比较低,无法满足下一代列控系统的通信要求;因此基于光纤通信的高速率和抗干扰能力强等优点,设计满足列控系统需求的时间触发高速通信协议,采用双环网设计和令牌调度机制,为每个节点分配时间片,以避免通信冲突,保证通信的实时性、可靠性要求;之后通过形式化验证工具对协议的性能进行建模分析,表明所设计的通信协议满足设计要求。然后,在Zynq-7000平台上进行编码设计,按功能划分为FPGA和ARM两部分;FPGA部分主要完成高速光纤通信,把从光纤上接收的数据由数据分发处理模块进行协议解析处理,根据数据包地址信息,把数据转发到光纤上,或传输到内存做进一步处理,并把ARM数据发送到光纤上;经过仿真和测试,验证FPGA设计能准确完成高速数据收发、过滤、解析等功能,为后面的ARM数据处理奠定了基础。最后,完成软件部分设计,将ARM处理器通过高速AXI总线和FPGA相连,完成高速的数据交换任务;通过令牌调度任务完成总线中所有节点的时间片分配、故障监控和恢复功能,再由数据处理任务模拟正常的通信任务,实现测试数据的产生和处理工作;之后对令牌分发和数据通信情况进行测试,实际有效通信速率可达3.6Gbps,表明设计的基于时间触发的列控安全计算机高速光纤通信协议能正常工作,且能满足设计要求,实现设计目标。图44幅,表18个,参考文件44篇