軌道電路設備故障維護信息自存儲及處理技術研究

蔡偉紅，吳晶晶，王景輝

（1.中國鐵路廣州局集團有限公司長沙工程建設指揮部，湖南 長沙 410007；2.固安信通信號技術股份有限公司，河北 固安 065500）

0 引 言

故障維護信息管理的作用為記錄軌道電路設備運行期間的重要參數，了解設備的運行狀態，快速定位設備的運行節點，分析設備異常狀況等。根據故障維護信息，可以幫助運行人員掌握運行情況，積累運行經驗，指導運行工作，也可以及時發現設備隱患，做到及時消除，此外還能提供事故分析及檢修數據，從而為后續保證設備的安全運行提供數據支撐。

近年來，數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）廣泛應用于軌道電路信號處理及通信設備中，存儲器已成為許多電路系統中不可缺少的組成部分，這是故障維護信息以運行日志方式存儲的技術實現支持。

在嵌入式系統中，Flash和帶電可擦可編程只讀存儲器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）能夠存儲可用于通信或執行某些功能的數據，通過多種不同的串行協議來連接存儲設備[1]。單片機中也集成了多種不同類型的串行外設接口（Serial Peripheral Interface，SPI）存儲設備。另外，Flash和EEPROM均為非易失性存儲器，意味著該設備能夠保存數據，且在關閉電源的情況下也能保留歷史數據信息。它們都是電子可寫和可擦除存儲器，用以存儲單片機的應用程序及數據信息。

1 EEPROM和Flash

EEPROM可以在字節級別讀取，寫入和擦除數據。Flash是EEPROM的一種，在結構上以塊的形式排列，在塊中擦除數據，并且可以在字節級別讀取或寫入數據。

使用閃存或EEPROM設備有很多優點和缺點，具體如下。（1）由于EEPROM以字節為單位運行其擦除功能，因此增加了清除和編輯設備所花費的時間，但允許開發人員在需要時編輯特定部分。Flash能夠擦除大量數據，從而大大提高了擦除速度，并使設備可以更緊湊地存儲信息。但是由于這個原因，它也失去了編輯某些字節的能力，從而迫使開發人員在進行任何更改時都重寫整個數據塊。（2）在存儲設備上執行多個擦除和寫入周期將導致其最終隨著時間的推移而降級。使用EEPROM的優點之一是使用壽命更長，EEPROM在其生命周期內最多可以執行1 000 000個擦除/重寫周期。根據Flash的類型，其使用壽命會縮短，大多數Flash產品在磨損開始惡化存儲完整性之前能夠承受大約10 000～1 000 000次擦除/寫入循環。就大小和成本而言，Flash具有比EEPROM更小的存儲單元尺寸，并且實現成本更低[2,3]。因此，本文采用Flash作為存儲器，描述對軌道電路設備故障維護信息自主進行存儲和讀取。

2 故障維護信息自存儲

故障維護信息包括信號的外部配置、載頻、低頻、電壓等信息，設備正常運行過程中，周期維護數據存儲到一個Buffer中，設備故障后對Buffer中的既有數據按獲取時間排序，同時接收通道故障碼，獲取所有信息后將排序后的數據再存儲到Flash中，以便離線維護使用。

存儲故障信息前，應先對中央處理器（Central Processing Unit，CPU）芯片進行配置。配置步驟為：（1）在CPU芯片對外設進行相應的初始化，包括對引腳的配置、通信速率的設定、郵箱的收發配置等；（2）配置MUX寄存器，選定引腳配置成特殊功能，即CANRX和CANTX；（3）配置ECanXRegs和ECanXMboxes寄存器，即配置和使能ECanB中的郵箱，用于發送CPU1中Flash存儲的維護數據，ECanA中的郵箱用于發送CPU2中Flash存儲的維護數據[4]。

Flash存儲策略選用預留存儲空間的方式，預留32 768 Byte的空間。Buffer中的信息僅在設備故障后才會存儲到Flash中，大小為120 Byte，并在故障分析后可知，空間足夠使用。

軌道電路設備故障維護信息自存儲實現流程如圖1所示。

圖1 Flash存儲流程

3 故障維護信息讀取

設備故障后進行離線分析，讀取采用控制器局域網絡（Controller Area Network，CAN）通信方式。當檢測到郵箱收到同步幀后發送故障數據，將故障信息讀取到分析軟件中，然后按照幀數據格式進行解析得到故障描述[5]。故障維護信息發送方式采用定時發送，發送方式如圖2所示。

圖2 CAN讀取方式

故障維護信息發送到分析軟件的數據格式為16進制，如圖3所示。

圖3 故障維護信息數據

每周期存儲1組信息，每組信息24 Byte，共存儲多個運行周期的數據。其中，右側是故障前的運行狀態信息，左側是對故障編碼對應故障描述，便于輔助定位故障。

4 結 論

本文提出了一種新的Flash故障維護信息存儲技術，能夠實現故障信息的高效存儲及分析。Flash存儲技術比較簡單且實用，在嵌入式系統設計的嵌入式數據存儲系統中，可以檢驗嵌入式數據存儲系統在實際應用中的表現。通過以上分析可以看出，Flash存儲相比傳統的磁盤存儲有很多優勢，有望顯著提高存儲系統的性能，降低能耗，但同時也存在一些缺陷，亟需進一步研究。根據Flash讀寫存儲的編程特點，后續有必要對其進行存儲過程管理，以使整個系統性能得以改善。