和谐I型电力机车自规模投入运行以来大幅提高了我国铁路的重载装备水平。但是在接近两年的运行当中,机车多次出现不明原因的异常制动现象,造成了极大的安全隐患。为了诊断异常制动原因,保证机车的运行安全,需要研制机车制动系统监测单元。本文深入研究了基于多协议异构网络的和谐I型电力机车控制系统,并结合制动系统监测单元的功能需求,提出了基于FPGA片上集成多协议兼容技术的总体设计方案。首先,在硬件设计中,采用了基于触发式全数字锁相环的方法解决强电磁干扰环境中的通信失步问题。通过数字鉴相器、量化器和滤波器计算本地信号与机车网络信号的相位误差,驱动数控振荡器调整本地信号相位保证数字信号的位同步。针对多协议兼容中共享通信存储器并发冲突访问的问题,采用了存储器总线的时分复用的方法。通过建立多通信接口共访存储器冲突模型,对通信接口的相位偏移参数进行评估,得到最小访问冲突下的时分复用参数。其次,在软件设计中,针对制动系统监测单元CPU模块在运算能力上的不足,根据机车多协议异构网络的数据传输特点,提出了基于循环分相模型的数据更新算法。根据数据制动相关性的强弱,将周期数据分配到更新循环中优先级不同的相位进行访问。通过改进型二进制算法搜索非周期数据的更新事件。保证数据访问的实时性。最后,给出了系统的软硬件实现。目前该制动监测系统已安装在太原铁路局湖东机务段和谐I型电力机车上,实际运行结果证明了监测单元设计的可行性和有效性。