機車數(shù)據(jù)記錄儀程序設(shè)計

侯波 郭瑾玉 黃眾 覃事東

摘 要：本文介紹了Vxworks操作系統(tǒng)下的機車數(shù)據(jù)記錄儀程序設(shè)計過程，詳細(xì)論述主程序、功能模塊的實現(xiàn)方式。

關(guān)鍵詞：VxWorks;數(shù)據(jù)記錄儀;嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TP393.1

Program design of locomotive data recorder

Hou Bo Guo Jinyu Huang Zhong Qin Shidong

CRRC Zhuzhou Locomotive CO.，LTD HunanZhuzhou 412000

Abstract：This article introduces the procedure design process of locomotive data recorder under Vxworks operating system.Discuss in detail the implementation of the main program and functional modules.

Key words：VxWorks;data recorder;embedded system

CLC number：TP393.1

機車車輛數(shù)據(jù)記錄儀是具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲功能的嵌入式設(shè)備。這里的采集是指從總線讀取數(shù)據(jù)，例如列車的速度、位置、方向等信息是由其他系統(tǒng)采集后放到了MVB總線。本文講的記錄儀還將文件遠(yuǎn)程上傳到地面系統(tǒng)，可以在第一時間將數(shù)據(jù)發(fā)回地面。記錄儀的數(shù)據(jù)可通過地面軟件打開，然后顯示，可用于分析故障發(fā)生原因。

該系統(tǒng)的功能主要功能可以分為：（1）各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的采集;（2）根據(jù)數(shù)據(jù)記錄為文件;（3）壓縮文件;（4）上傳文件。

1 設(shè)備主要特點

（1）數(shù)據(jù)記錄儀采集了大量的數(shù)據(jù)，具有比較強的數(shù)據(jù)處理能力，足夠大的硬盤資源。

（2）為了保證通數(shù)據(jù)記錄儀的通用性和可拓展性，該設(shè)備具備用于擴展的存儲器、串行數(shù)據(jù)接口、以太網(wǎng)接口、MVB接口和無線傳輸接口。

（3）設(shè)備采用的Vxwokrs操作系統(tǒng)具有微內(nèi)核、實時性好，運用廣泛的特點。

2 數(shù)據(jù)記錄儀的程序設(shè)計

數(shù)據(jù)記錄儀的程序開發(fā)一般有以下步驟：設(shè)計模塊功能，設(shè)計主線程，根據(jù)需求裁剪內(nèi)核，編寫代碼。

數(shù)據(jù)記錄儀程序具體需要實現(xiàn)如下功能塊，每個功能應(yīng)該盡量相互獨立，方便使用。

（1）配置文件讀取模塊：讀取系統(tǒng)參數(shù)、MVB端口配置、以太網(wǎng)網(wǎng)卡配置、以太網(wǎng)UDP、TCP端口配置、數(shù)據(jù)協(xié)議配置。

（2）MVB總線數(shù)據(jù)接收模塊：根據(jù)MVB接口程序，按MVB端口及周期將數(shù)據(jù)循環(huán)讀取到共享的內(nèi)存中。

（3）以太網(wǎng)實時數(shù)據(jù)接收模塊：按以太網(wǎng)具體的協(xié)議，UDP、TCP或者其他上層協(xié)議如TRDP、HTTP等將數(shù)據(jù)讀取到內(nèi)存;同時根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

（4）以太網(wǎng)文件數(shù)據(jù)接收模塊：將子系統(tǒng)文件存儲到文件夾準(zhǔn)備壓縮和上傳，具體的接收方法和文件校驗方法根據(jù)協(xié)議進(jìn)行。

（5）數(shù)據(jù)記錄模塊：將需要記錄的數(shù)據(jù)按協(xié)議和記錄方法記錄到文件，記錄到文件的方法和示波記錄儀記錄文件的方法是一致的。注意用信號量或者其他機制保證共享的數(shù)據(jù)內(nèi)存不被同時讀寫，如果同時讀寫可能會導(dǎo)致記錄的數(shù)據(jù)錯誤。

（6）文件壓縮模塊：壓縮線程不斷地檢測壓縮目錄下有沒有文件，若有則按照zlib壓縮算法進(jìn)行壓縮，并另存到指定的文件上傳目錄。

（7）數(shù)據(jù)上傳模塊：壓縮后的文件成功上傳到地面后，然后另存到最終的文件存儲目錄。

（8）磁盤管理模塊：采用單獨的磁盤管理線程，定時檢查磁盤空間，如果磁盤空間不足，刪掉最終存儲目錄中的歷史文件。

（9）地面數(shù)據(jù)解析工具：對數(shù)據(jù)按時間進(jìn)行表格、圖形展示，可用來分析故障發(fā)生原因。

內(nèi)核裁剪是對Vxworks內(nèi)核進(jìn)行功能配置、增加或者刪除。比如開啟DNS域名解析解析支持;開啟FTP及用戶名密碼支持;開啟ping和路由配置支持;開啟pthread庫支持;配置最大文件描述符個數(shù)等。

3 主線程實現(xiàn)

Vxworks內(nèi)核程序不區(qū)分線程和進(jìn)程。主線程負(fù)責(zé)開啟各個模塊的線程。根據(jù)線程需要劃分任務(wù)等級、存儲空間、甚至運行的CPU內(nèi)核。具體步驟如下。讀配置文件和配置MVB網(wǎng)路、以太網(wǎng)網(wǎng)卡信息必須正常，否則會影響其他設(shè)備運行。主程序的實現(xiàn)如下圖。

4 接收數(shù)據(jù)模塊和記錄數(shù)據(jù)模塊的實現(xiàn)

這些模塊中，最重要的就是數(shù)據(jù)接收模塊和記錄模塊的實現(xiàn)。

接收程序的功能是通過總線完成實時數(shù)據(jù)接收，MVB和以太網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)接收處理原理是類似的，下圖是數(shù)據(jù)接收和存儲流程。其中的數(shù)據(jù)接收循環(huán)過程采用Vxworks的timer定時函數(shù)循環(huán)，保證周期間隔。記錄函數(shù)簡單while循環(huán)，獲取信號量后記錄數(shù)據(jù)，不獲取則無法記錄，同時保證了共享內(nèi)存Port結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)是寫完以后再讀。程序過程如圖2。

5 測試與結(jié)果

設(shè)備將記錄的文件數(shù)據(jù)使用FTP斷點續(xù)傳方式發(fā)到地面。Vxworks的ftp函數(shù)不支持?jǐn)帱c續(xù)傳，需要編寫續(xù)傳函數(shù)，其原理是TCP應(yīng)答和文件讀寫。續(xù)傳需要地面FTP服務(wù)器支持SIZE和APPE指令，分別用來獲取文件大小、續(xù)傳指定的文件。完成續(xù)傳函數(shù)，需要看FTP相關(guān)的資料。

地面軟件對數(shù)據(jù)解析如下圖3，經(jīng)過長期運行檢驗，記錄儀的程序可穩(wěn)定運行、工作正常。

參考文獻(xiàn)：

[1]李峰，朱濤，傅軍，徐茂俊.基于VxWorks的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄儀軟件設(shè)計[A].測控技術(shù)，2013（02）.

[2]馬祥.基于以太網(wǎng)的船載通信航行數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)優(yōu)化[A].艦船科學(xué)技術(shù)，2019（08）.

[3]陳蜀，李鶴鳴，余瑞鋒.船舶數(shù)據(jù)記錄儀的主程序設(shè)計[A].船海工程，2006（06）.

[4]唐武兵，關(guān)永，吳立鋒，王國輝，李曉娟，潘巍.超級電容UPS智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[A].計算機工程與設(shè)計，2015（12）.

作者簡介：侯波（1988—），男，本科，工程師，主要研究方向：軟件測試;郭瑾玉（1986—），女，碩士，工程師，主要研究方向：機械設(shè)計;黃眾（1986—），男，碩士，工程師，主要研究方向：軟件測試;覃事東（1990—），男，碩士，工程師，主要研究方向：軟件測試。