[发明专利]一种基于FPGA实现的多单元通信测试系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA实现的多单元通信测试系统，包括资源板、PLC模块和上位机。资源板包括FPGA电路、驱动电路、以太网模块、交流总线模拟电路、直流电源电路、时钟电路和复位电路；PLC模块包括20个客户端子单元PLC1‑PLC20，每一个客户端子单元都配备有一个工作显示灯LED1‑LED20和开关S1‑S20，以及1个服务器子单元PLC21；PLC模块的客户端子单元、工作显示灯和服务器子单元连接资源板的驱动电路，驱动电路、时钟电路和复位电路连接FPGA电路，FPGA电路连接以太网模块。本发明具有串口数量多，通信速率快，测试效率高以及可通过上位机即时编程控制的优点，它基于FPGA芯片实现各个PLC单元之间以及上位机和PLC单元之间的通信，实现最大程度模拟测试所需通信环境的目的。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及通过FPGA芯片进行各个PLC单元之间以及上位机和PLC单元之间的数据通信的结构与方法。

背景技术

高铁技术是目前飞速发展的新兴产业，要保证其安全可靠运行，离不开良好的数据交换通信。一般来说，直接在高铁上进行通信测试不太现实，费用较高，需要通过一定的技术手段模拟高铁通信的环境，测试通信的状况与可靠程度。随着科学技术，特别是通信技术、网络传送技术的发展，使得对于高铁多节车厢的通信模拟成为可能。

传统的通信模拟测试技术主要是由单片机等具有CPU结构的微型计算机对通信进行控制和检测，它的好处在于可以通过汇编语言、C语言等计算机语言进行编程，便于上手。但在高铁通信模拟测试领域，它的缺点在于串口数量不够多，不能满足高铁多节车厢，多辆火车的通信需要，同时单片机采用单线程顺序执行结构，运行速度较为缓慢，不能满足即时通信的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决高铁通信的模拟测试问题，由上述分析，单片机等具有CPU结构的微型计算机具有种种缺陷，并不能很好地承担此任务，有鉴于此，本发明提供一种基于FPGA实现的多单元通信测试系统，采用可并行执行的FPGA代替单片机作为通信电路主控芯片，解决串口数量不足，通信速率不够快速的问题，同时，FPGA可通过上位机编程控制，提高了系统的灵活性和适应性，人机交互性也得到增强。

此外，本发明还通过用电阻、电感和电容来模拟高铁各个单元之间通信的线路参数等技术手段来还原高铁通信的具体环境，完成最大程度模拟测试所需通信环境的目的。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于FPGA实现的多单元通信测试系统，包括资源板、PLC模块和上位机。

资源板主要包括FPGA电路、驱动电路、以太网模块、交流总线模拟电路、直流电源电路、时钟电路和复位电路；

PLC模块包括20个客户端子单元PLC1-PLC20、20个工作显示灯LED1-LED20、20个开关S1-S20以及1个服务器子单元PLC21，其中，一个客户端子单元对应一个工作显示灯，客户端子单元和服务器子单元都属于PLC单元；

进一步地，上位机具有工作模式选择、测试报文、控制下属测试板、运行状态显示和丢包率统计的功能。

进一步地，PLC模块的客户端子单元PLC1-PLC20、工作显示灯LED1-LED20和服务器子单元PLC21连接资源板的驱动电路；

进一步地，驱动电路、时钟电路和复位电路连接到FPGA电路；

进一步地，FPGA电路连接到以太网模块；

进一步地，交流总线模拟电路包含电阻、电容和电感元件，交流总线模拟电路的电源由外部AC220V市电引入，每个客户端子单元和服务器子单元都挂接在交流总线模拟电路上；

进一步地，所述直流电源电路连接到电路中的直流部分并为直流部分供电；直流部分包括所述PLC模块、FPGA电路、驱动电路、以太网模块、时钟电路和复位电路。