一种基于EPGA的可演化CPU的设计与实现

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1、f三Ij致谢本论文的工作是在我的导师马连川教授的悉心指导下完成的，马连川教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来马连川老师对我的关心和指导。马连川教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向马连川老师表示衷心的谢意。马连川教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，刘海旭、郭志良、张兆中、陈法仲、李旺、陈海燕等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。最后感谢我的家人，他们的理解

2、和支持使我能够在学校专心完成我的学业。在最后撰写论文的日子里，父亲和母亲对于我的关心和鼓励使我能够顺利的完成毕业论文。另外感谢陪我一路走来，帮助过我的所有亲戚和朋友。中文摘要摘要：随着铁路事业高速发展和客运专线的普及，对列车运行控制系统的要求也越来越高。如何确保行车安全，提高运行效率成为目前一个重大的任务。列控系统中的I／O接口负责整个系统中设备间的物理层数据传输。一旦出现故障，将导致灾难性的后果。目前的I／O接口基于分布式安全计算机架构。接口部分采用片上软核系统实现，不仅可以提高整个系统的安全性，减少反应时间，还可以根据需要扩展安全计算

3、机系统模块，实现接口通用化。论文引入了可演化硬件技术的概念，详细介绍了传统可演化方法的原理和算法，指出了可演化硬件应用在容错系统中的优势和缺陷。针对列车运行控制系统的安全性和各个设备间的I／O接口需求，提出一种基于分布式安全计算机架构的I／O模块的设计方法。此方法以FPGA片上软核MIPSCPU为基础来实现I／o功能，并依靠改进后的可演化硬件方案保证可靠性和使用性能。论文计算了系统的可靠性参数，详细介绍了可演化CPU的设计实现方法。最后对系统中各部分模块进行仿真，给出了仿真结果。关键词：安全I／O；MIPSCPU；可演化硬件；冗余结构；可

4、靠性分类号：TP309．1、I气一，一ABSTRACTABSTRACT：along、订廿ltherapiddevelopmentofrailwayandpopularizationofpassengerdedicateline，thereishigherandhigherrequirementoftraincontrolsystem．Itisanimportantassignmentofkeepingdrivingsafetyandimprovingoperatingefficiency．Inthetraincontrolsystem，t

5、heYOinterfaceisresponsibilityofphysicalleveldatatransmissionbetweeneqmpmems，oncefaultyhappendisastrousconsequenceswillbemade．nleI／OinterfacemoddebasedonstructureofdistributedsafetycomputeriSrealizedonsoftcoresystemonachip．111emethodCannotonlyimprovethesafetyofthesystem，re

6、ducereactiontime，butalsoextendsafetycomputermoduleandrealizetheinterfacegeneralization．功epaperleadsintotheconceptofevolvablehardware(EHW)andintroducesthecontentanddevelopmentofEHW,andpo缸outtheadvantagesanddisadvantagesofEHWinfault-tolerantsystems．Toguaranteethesecurityoft

7、hetraincontrolsystemandthedemandofI／Ointerfacebetweenequipments，weproposeanewmethodofdesigningI／Omodulewhichisbasedonthestructureofdistributedsafetycomputer．mmethodrealizesI／OfunctionbyMIPSCPUsoftcoresyStemonaFPGA，andguaranteesthereliabilityandserviceperformanceofthesyste

8、mbyimprovedevolvablehardwarescheme．nepapergivesaresultofreliabilityparameters，andthenewCPUdesign