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FPGA应用在列车阻塞控制系统进步系统集成与稳定性

同创国芯TITAN@系列可编程逻辑器件采用了完全自主产权的体系结构和主流的40nm工艺。 PG系列产品包含创新的可配置逻辑单元(CLM)、专用存储单元(DRM)、算术处理单元(APM)、多功能高性能I

列车运转操控体系首要是以对列车运转方向,运转间隔和运转速度进行操控,使列车能够安全运转且进步运转功率,列车运转操控体系地上设备和车站联锁设备首要完结联锁操控功用,并生成列车操控所需根底数据,经过车地信息传输通道将地上操控信息传送给列车,经列车运转操控设备进行处理后,生成列车速度操控曲线,监控列车安全,高速运转,列车操控体系以固定阻塞分区为根底,分为分级速度列车运转操控体系设备,由地上设备及车载设备两部分组成。地上设备由轨迹电路,列车运转操控中心和保护体系三大部分构成。

车载部分由两层结构组成安全型核算机接纳地上传输的有关信息,核算并生成速度操控曲线,速度操控与列车速度比较,对超速列车实施制动,列车运转操控中心对轨迹电路参数核算构成线路参数,前方方针间隔,答应行车速度等不同信息,经调制及钢轨接连传输发给列车。保护体系对地上设备实施长途确诊与监测办理。

列车的开环操控变为闭环操控,完结了以车载设备为主的行车办法,通讯信号一体化是现代铁路重要发展趋势,故障安全为最重要的技能条件;列控体系一般由地上操控中心或无线阻塞电路地上信号设备,车地传输设备和车载速度操控设备组成,用于操控列车运转速度确保行车安全和进步运输能力的操控体系,列车的车载体系会当令将车载滤波器转化到正确的频率范围上然后完结列车只接纳正确的载波的数据帧,相应的滤波器以电路挑选办法完结以准备好对行将进入区段的选用预订8种载频之一进行调制的安全数据帧接纳和译码。

阻塞体系由轨旁盒与室内操控组成,轨旁盒是衔接电气与室内设备的中间设备,是轨迹电路室外发送接纳设备,体系中心是体系运转操控部分;其要害部分是扩大滤波板,其实是把发生器发来的调制音频电压提升到所需求的电平,并经过带通滤波器送到轨迹馈入点,每种频率都有自己的专用的扩大滤波板。

发送滤波器输入的信息:
FSK信号:由发送板送人,经调制FSK方波信号,发送滤波器输出的信息:
FSK正弦波信号,经过电桥,送入方向转化板,此信号是现已扩大和滤去高次谐波的相应频率的正弦波。

模仿前端硬件
信号接纳端由跟从器,运算扩大器以及ADC组成。将接纳到的移频信号进行扩大整形送入ADC进行模数转化,将数字信号送至下级的FPGA完结的高精度FIR滤波器。如图1-1所示:

图1-1.FPGA滤波器完结办法

因为带通滤波器的目标比较高,若要完结相应的目标关于FIR滤波器的阶数要求较高需求200阶以上,假如选用传统的滤波器完结办法,则需求消耗很多的逻辑资源和MAC乘累加单元,DFF寄存器需求几K左右。如图1-2所示,每一阶则需求14bit的DFF资源乘上相应的阶数会占用很大的逻辑资源,MAC也需求与阶数相同,硬件是无法满意的。

图1-2.传统滤波器完结办法

考虑到同创国芯芯片中已有的资源包括DRM嵌入式存储器、APM MAC乘累加单元和CLM逻辑单元,以及芯片的功用。选用如图1-1的完结办法,则能够节约很多的逻辑单元和MAC乘累加器。

经过FPGA完结DSP算法能够极大进步体系功用和下降规划复杂度,以数字FIR 为例,经过优化规划DSP履行乘-累加MAC操作,次序履行N个MAC中每一个操作,因而可到达最大运转速度大约为Fclock/NHz,其间Fclock为DSP最高时钟频率,而运用FPGA能够全并行地完结滤波器,其间并行履行N个MAC操作(而不是次序履行)关于相同的Fclock滤波器履行速度能够进步N倍。大多数DSP供给32位精度累加器用于保存MAC操作成果,而关于FPGA,理论上能够完结恣意精度的操作,能够在10-16位宽度范围内完结大部分滤波器功用。

运用FPGA在阻塞列控体系的优势十分显着:

同创国芯TITAN@系列可编程逻辑器材选用了彻底自主产权的体系结构和干流的40nm工艺。 PG系列产品包括立异的可装备逻辑单元(CLM)、专用存储单元(DRM)、算术处理单元(APM)、多功用高功用I/O以及丰厚的片上时钟资源等模块,为客户供给高功用,大容量,差异化运用的FPGA产品。 咱们立异的提出具有自主知识产权的逻辑架构“CLM”(Configurable Logic Module, 可装备逻辑模块)– 是TIIAN系列器材的根本逻辑单元,首要是由多功用LUT5,寄存器以及扩展功用挑选器等组成,CLM集成了专用电路完结4:1多路挑选器功用和快速算术进位逻辑;扩展功用挑选器首要用于完结宽位查找表和输出挑选功用. 这样客户在完结同级间逻辑级联能够得到更高的速度;此外相邻的两个CLM之间还有一条根据LUT7的专用级联链,用于组合生成LUT8。CLM的运用可经过相关的归纳东西(Synplify Pro)和同创国芯电子有限公司的软件Fabric Compiler来完结。CLM还可经过同创国芯软件IP Compiler东西来构成分布式RAM IP.举个比如,在SDH 运用领域为了完结SDH的严厉同步时序需求,其支路单元TUPP 的办理指针为了习惯多路同步数据就需求更多的逻辑资源去同步数据,必然形成逻辑的很多消耗,而分布式RAM 能够使以上规划节约很多的资源。

运用FPGA 代替传统分立器材和传统DSP器材能够精简体系器材,下降EMI危险及进步规划灵活性,并且规划资源能够重复使用进步规划资源的使用率,为企业下降资金投入。

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