[发明专利]一种基于FPGA的MVB事件仲裁优化与设计方法

说明书

本发明涉及一种MVB事件仲裁优化方法，特别是一种基于FPGA的MVB事件仲裁优化与设计方法。该方法根据信道容量自适应调整优先级数，保障实时性要求高的信息优先发送，提高MVB网络事件仲裁的服务性能。所设计的仲裁器包括解码模块、编码模块、仲裁模块、时钟模块和缓存模块,各个模块在仲裁有限状态机的逻辑控制下能实时对MVB网络并发事件进行有效仲裁。

技术领域

本发明涉及一种MVB事件仲裁方法，特别是一种基于FPGA的MVB事件仲裁优化与设计方法。该方法可根据信道容量自适应调整事件优先级，保障实时性要求高的事件信息优先发送，缩短仲裁时延，提高MVB网络事件仲裁的服务性能。而且采用FPGA设计一个嵌入式事件仲裁器，实时对MVB网络并发事件进行有效仲裁。

背景技术

多功能车辆总线MVB（Multifunction Vehicle Bus）是列车通信网络（TrainCommunication Network-TCN）国际标准之一，因其结构简单、实时性、安全性和可靠性高而在普通轨道列车、动车以及高铁上得到了广泛应用。MVB通信服务包含两类数据，即过程数据和消息数据，实现消息数据通信的关键是采用事件轮询机制，而事件仲裁是事件轮询机制的核心。

现有事件仲裁方法都是基于协议的基本算法进行改进，目的是为了提高MVB网络的实时性能。有方法依据设备的优先级或重要性来分配物理地址，越重要的设备（优先级高）分配越小的地址，从而缩小仲裁延时。并通过定义16种事件优先级类型，来缩小冲突域，减小碰撞概率。也有方法在有限深度条件下运用哈夫曼算法，生成任意条件下的最优二叉树，并进行设备地址分配，有效缩短了仲裁时延。还有方法采用粒子群优化来分配设备地址和扩展优先级，从而减小总线主的事件巡回次数。

可见，现有事件仲裁方法仅通过理论来分析仲裁延时、碰撞次数等性能，而没有对方法的硬件实现进行描述，无法满足实际应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有方法离线而无法实际应用等问题，提出一种基于FPGA的MVB事件仲裁优化与设计方法，可根据信道容量自适应调整优先级数，保障实时性要求高的信息优先发送，缩短仲裁时延，提高MVB网络事件仲裁的服务性能，使设计的事件仲裁器能实际应用。

本发明一种基于FPGA的MVB事件仲裁优化与设计方法包括事件仲裁优化算法和仲裁器设计两个部分。事件仲裁优化算法根据信道容量自适应调整优先级数，保障实时性要求高的信息优先发送，提高MVB网络事件仲裁的服务性能，为仲裁器设计提供依据。仲裁器设计基于FPGA采用模块化设计方法完成事件仲裁优化算法的硬件实现，具体包括解码模块、编码模块、仲裁模块、时钟模块和缓存模块。

所述事件仲裁优化算法是为了满足非周期数据的实时性，对基本事件仲裁方法进行优化，根据信道容量来设置优先级数，且按实时性要求来分配优先级，即实时性高的具有高优先级。当总线主检测到碰撞后，发出组事件请求帧，并根据当前的信道容量，来设置优先级的个数，再根据事件的重要程度来设置悬挂事件优先级的高低，如若数据信息为报警、急刹车、紧急事件等具有严格时限要求的紧急事件信息时，设定最高优先级，且其设备地址分给对应的小偶数（如XXX0，XX00，XX10，X000，X100等）。最后，采用基本事件仲裁的折半查找对设备地址进行搜索。所述事件仲裁优化算法能减少碰撞，缩短仲裁延时，提高消息数据的实时性能。