虚拟试验平台硬件接入网关设计

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虚拟试验平台中,有大量的实物、半实物设备需要接入。相比于平台内虚拟资源,实物、半实物设备可靠性更高、验证效果更好、更加直观具体,能够更好的反应虚拟试验的验证目标,目前很多的虚拟试验验证平台都是基于实物半实物设备开发的。然而多种多样的外部设备具备多种多样的接口规范,UART、以太网、1553B等总线都是当下工业总线中的热门研究对象,研究如何将这些不同接口规范的实物、半实物设备接入到虚拟试验平台,实现外部设备自由接入,是虚拟试验验证的重要一步。为了实现硬件设备的实时支持,需要研究实物设备的硬件接入网关技术。本文通过对常见接口规范的实物设备协议进行深入的总结和研究,细化并实现了三层协议描述方法,实现了虚拟PC代理节点、协议转换器及外围设备三者之间协议的统一描述。并设计了硬件接入网关与相应的接口,以及PC机上的RTX驱动程序,自下而上实现了一套验证硬件接入网关的系统。硬件方面,物理层以DSP+FPGA为核心,设计了高性能的协议转换器,DSP选型为DM642,FPGA选型为EP2C35,可实现实时协议匹配、协议转换,以及对通信接口的通信。以母板、子板相结合的方式,设计了统一模式的母板,以及不同接口的子板,包括UART子板、以太网子板以及1553B子板。母板上留有插槽可插接子板,这样提高了母板灵活性,降低了设计的复杂性。软件方面,协议层的软件以CCS2.20为开发环境进行DSP程序开发,以太网卡的TCP/IP协议栈采用了TI公司的NDK,在DSP/BIOS实时操作系统上开发。驱动层的RTX驱动运行在PC代理节点上,RTX连接了协议转换器和PC代理节点的Win32进程,通过共享内存的方式与Win32进程交互。本文还给出了硬件接入网关软硬件调试过程及结果,以及系统测试流程及结果。并通过实时性测试,验证了系统的稳定性和实时性。实际测试表明,本次设计的虚拟试验平台硬件接入网关能够实现协议转换、能够接入外部实物设备,并满足实时性要求。
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