CTCS-3级列控车载记录下载器的软件设计

2012-11-27张友兵张国振崔俊锋王天娇

铁道通信信号 2012年12期

关键词：设计院延时车载

张友兵马麟张国振崔俊锋王天娇

张友兵:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院助理工程师 100073 北京

马麟:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院工程师 100073 北京

张国振:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院工程师 100073 北京

崔俊锋:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院工程师 100073 北京

王天娇:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院工程师 100073 北京

在CTCS-3级列控系统中，当列车高速运行时，车载设备实时监控列车运行速度，保证列车运行安全。CTCS-3级列控车载设备包含CTCS-2级主机模块(C2CU)、车载安全计算机单元(ATPCU)、列车网管(TSG)、速度距离处理单元(SDP)等重要模块，通过这些模块的协同工作，保证车载设备能够实时监控列车运行。C2CU、ATPCU、TSG、SDP等车载设备模块在工作过程中，会产生大量的运行记录，如果深入分析这些运行记录，就可以定位车载设备发生故障的位置及类型，进而可以快速消除故障，提高车载设备可用性。

但是车载设备模块存储运行记录的空间有限，最多可以存储250条。如存储空间已满，则新记录将替换掉老记录，如果不能及时下载或转存，则将丢失除了最新的250条记录之外的所有运行记录。因此，急需开发记录下载器，用于在线实时监测车载设备模块产生的运行记录，下载并保存。

1 记录下载器工作原理

记录下载器是一个在线实时监测和保存车载设备运行记录的设备。它没有配备电源，通过窃电方式从车载设备模块获取能量，当车载设备模块上电，与其相连的记录下载器就自动进入工作状态，并实时监测车载设备模块的运行记录，自动下载车载设备模块产生的新记录，同时过滤掉老记录。记录下载器是一个通用设备，具有16MB的存储空间，可以保证至少存储10万条运行记录。可以自动下载CTCS-3级列控车载设备各个模块的运行记录，包括C2CU、ATPCU、TSG、SDP等重要模块。通过专用工具可以将存储的记录拷贝到电脑上，供分析使用。记录下载器还是一款安全性较高的实用工具，只用于下载，而不会干扰或影响车载设备模块的正常工作。

2 记录下载器软件结构

将记录下载器连接到车载设备模块上，循环执行接收数据、处理数据和存储数据流程，实现在线监测、下载和存储运行记录的功能。因此，记录下载器软件分为数据接收、数据处理和数据存储3个主要模块。

1．数据接收模块。通过中断方式接收来自车载设备模块的数据。每向车载设备模块发送一条命令，车载设备模块就回复一批数据。由于数据长度有限，因此可以设计一个定长的数组。同时，还要设计一个全局变量，用于记录来自车载设备模块的数据长度。

2．数据处理模块。将来自车载设备模块的数据进行处理，逐条提取记录，根据协议组帧并存储在记录下载器的FLASH中。同时，还需要识别出车载设备模块的提示信息，如果是继续下载，则向车载设备发送下载记录命令;如果提示记录下载完毕，则自动转入等待状态，等待一段时间后，再向车载模块发送下载命令，同时过滤已经下载过的运行记录。

3．数据存储模块。将数据处理模块提取出的运行记录存储在记录下载器的FLASH中。

3 记录下载器的在线状态转换

通过不同状态的相互转换，实现记录下载器周期性地下载、提取和存储运行记录。数据处理模块状态转换关系如图1所示。当记录下载器上电进入工作状态后，首先进入初始化状态，之后随着记录下载器与车载设备模块的数据交互，实现状态的自动转换，完成下载和保存车载设备模块运行记录的功能。

1．初始状态。车载设备模块上电后，记录下载器也随之上电，自动进入初始状态，向车载设备模块发送初始化命令，转入未启动状态。

2．未启动状态。进入该状态后，等待来自车载设备模块的“启动指示”。如果没收到，则保持未启动状态;如果在超时范围内收到“启动指示”，则向车载设备模块发送“系统时间命令”，并进入等待系统时间状态;如果等待“启动指示”超时，则进入系统恢复延时状态。

3．等待系统时间状态。记录下载器等待来自车载设备模块的系统时间。如果在超时范围内没有收到系统时间，则保持该状态;如果收到，则向车载设备模块发送“系统版本命令”，并进入等待系统版本状态;如果等待系统时间超时，则进入系统恢复延时状态。

4．等待系统版本状态。记录下载器等待来自车载设备模块的系统版本。如果在超时范围内没有收到系统版本，则保持状态;如果收到，则进入等待下载指示状态;如果等待系统版本超时，则进入系统恢复延时状态。

5．等待下载指示状态。记录下载器等待来自车载设备模块的下载记录指示。如果在超时范围内没有收到下载记录指示，则保持;如果收到，则进入发送下载命令状态;如果等待下载记录指示超时，则进入系统恢复延时状态。

6．发送下载命令状态。记录下载器已经确认车载设备模块进入正常的工作状态，将向车载设备模块发送“下载记录命令”，并进入下载记录状态。

图1 记录下载器在线状态转换图

7．下载记录状态。记录下载器收到来自车载设备模块的一批数据，逐条提取记录，根据协议组帧，并将包含一条运行记录的完整帧存储到记录下载器的FLASH中。如果数据结尾含有“继续下载记录指示”，则记录下载器向车载设备模块发送“继续下载记录命令”，并等待来自车载设备模块的下一批数据;如果数据结尾含有“下载记录结束指示”，则进入周期下载延时状态;如果在数据提取中遇到以前已经下载过的记录，说明车载设备模块最新的运行记录已经下载完毕，记录下载器向车载设备模块发送“结束本次下载记录流程命令”，进入等待结束指示状态。如果下载记录超时，则进入周期下载延时状态。

8．等待结束指示状态。记录下载器等待来自车载设备模块的“下载记录结束指示”。如果收到指示，则进入周期下载延时状态;如果没有收到，则保持该状态，继续等待;如果等待“下载记录结束指示”超时，则进入周期下载延时状态。

9．周期下载延时状态。如果延时没有到时，记录下载器继续保持延时状态;如果延时到时，记录下载器进入发送下载命令状态，执行下一次下载车载设备模块运行记录的流程。

10．系统恢复延时状态。如果系统恢复未到时，则保持系统恢复延时状态;如果系统恢复到时，则进入初始状态。

4 记录下载器的关键技术

4.1 过滤已下载记录

在记录下载器的在线状态转换中，下载记录状态最为复杂，需要根据运行记录的开始和结束特征逐条提取记录，并识别该记录是否为新记录。如果是新记录，则组帧并存储在FLASH中;如果是已经被下载过的，则过滤并结束本次下载记录流程。

车载设备模块在产生每一条运行记录的时候，都会在记录的头部附上当时的系统时间，而且这个时间是惟一的和递增的。所谓惟一，就是附加在每一条运行记录的系统时间不同;所谓递增，就是附加在后一条运行记录的系统时间总是比前一条时间要大。根据惟一性和递增性这2个特征，就可以实现只下载新记录并过滤旧记录的功能。

车载设备模块发送记录时，总是按照从最新到最老的顺序，即按照附加在记录上的系统时间从大到小的顺序。每下载完一批记录，记录下载器将系统最大时间作为下一次下载记录的参考时间。进入下一次下载记录的流程时，每提取一条记录，就将该记录的系统时间与参考时间进行比较，系统时间比参考时间大的就是新记录，组帧并保存在FLASH中。如果遇到系统时间等于参考时间，说明新记录已经下载完毕。

4.2 数据处理模块与数据储存模块的速度匹配

数据处理模块从来自车载设备模块的数据中逐条提取记录，组帧后传递给数据存储模块。数据存储模块需要将包含记录的完整帧存储在记录下载器的FLASH中。但是，数据处理模块处理速度很快，而数据存储模块存储速度相对要慢很多，如果2个模块之间的速度不匹配，必然要导致部分车载设备模块的运行记录丢失。

为了实现数据处理模块与数据存储模块的速度匹配，设计一个开关量。如数据处理模块判断该开关量为打开状态时，就向数据存储模块传递数据，传递完毕后，再将该开关量置为关闭状态;如判断该开关量为关闭状态时，就将数据存储到记录下载器的FLASH中，当存储完毕后，再将该开关量置为打开状态。通过数据处理模块和数据存储模块共同管理该开关量，实现这2个模块之间的速度匹配。

4.3 不掉电存储数据

记录下载器通过窃电的方式从车载设备模块获取电量供自己使用，显然能够获取的电量是有限的，而执行写FLASH操作却比较耗电。为此，为记录下载器设计了一种能够匀速向FLASH写入数据的方法。

由于记录下载器1 s内可以向FLASH中写入500字节数据，那么每写入1个字节需要2 ms。数据存储模块按照8字节1组将数据分为多个小组，设计每20 ms写入1组数据，即写入1组数据之后开始计时，计时满20 ms，再向FLASH中写入下一组数据，直到所有数据都写完为止。通过这种方式，不但可以保证数据以最高效的方式存储在FLASH中，而且可以保证不会造成掉电，使记录下载器始终处于在线工作状态。