開放式司機顯示屏HMI軟件開發平臺構建研究

魏海洋　劉大偉

摘要：司機顯示屏技術是列車網絡控制技術的重要組成部分，司機顯示屏HMI軟件開發平臺的構建直接影響列車網絡控制系統的開發。文章從操作系統、硬件平臺、軟件平臺三個方面展開討論，提出了開放式司機顯示屏HMI軟件開發平臺的構建方案。

關鍵詞：列車網絡；開放式司機顯示屏；HMI軟件開發平臺；高速動車組；硬件平臺；軟件平臺 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP311 文章編號：1009-2374（2015）31-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.007

1 平臺背景

高速動車組技術的發展推動著列車網絡控制技術的發展。列車網絡控制技術是動車組技術的核心關鍵技術，司機顯示屏技術是列車網絡控制技術的重要組成部分，司機顯示屏HMI軟件開發平臺的構建，直接影響列車網絡控制系統的開發。構建開放、可擴展的司機顯示屏HMI軟件開發平臺，對打造完全自主的列車網絡控制系統、對動車組技術的發展具有至關重要的意義。

2 平臺要求

平臺須符合下述要求：

2.1 開放性

平臺應具備豐富的應用接口，可以根據需求擴展平臺功能、進行二次開發；可以與不同的列車網絡控制系統平臺、顯示屏硬件平臺、顯示屏軟件平臺無縫對接。

2.2 靈活性

可以靈活選取操作系統、硬件平臺、軟件平臺來構建司機顯示屏HMI軟件開發平臺，而不會影響到平臺的功能和性能。

2.3 可擴展性

可擴展性是平臺構建的原則之一，它以添加新功能或修改完善現有功能來考慮平臺的未來成長。可擴展性是平臺優劣的重要影響因素。

3 平臺構建

司機顯示屏HMI軟件開發平臺主要由操作系統、硬件平臺、軟件平臺三部分構成。構建開放的司機顯示屏HMI軟件開發平臺需要綜合考慮這三方面內容：

3.1 操作系統

列車顯示屏是對實時性和穩定性要求比較高的設備，嵌入式操作系統因其在實時性和穩定性方面的俱佳表現，而廣泛應用于嵌入式設備。當前主流的嵌入式操作系統有Linux、QNIX、VxWorks、Windows XPE等。

3.1.1 Linux。Linux是基于POSIX和UNIX的多任務、多用戶、支持多CPU和多線程的操作系統，是一套免費使用和自由傳播的類UNIX操作系統。

Linux操作系統的特點：（1）多用戶、多任務。Linux支持多用戶，保證了各用戶之間互不影響。多任務使多個程序同時并獨立地運行；（2）支持多種平臺。Linux可以運行在多種硬件平臺上，同時Linux也支持多處理器技術；（3）良好的界面。Linux同時具有圖形界面和字符界面；（4）開源免費。Linux是一款開源免費的操作系統，可以免費獲得。

3.1.2 QNX。QNX操作系統是加拿大QSSL公司設計開發的一種實時操作系統，它是一個真正意義上的微內核嵌入式實時操作系統。它的特點是微內核、多任務、多線程、高可靠性、實時性、可擴展性、可移植性。并且性能上有很大提升，在對實時性有嚴格要求的領域得到廣泛應用。

3.1.3 VxWorks。VxWorks是由美國風河公司推出的一款具有高性能、高可靠性、可裁減的嵌入式實時操作系統。它以其卓越的實時性和可靠性被廣泛地應用于軍事、航空航天、通信等高精尖技術及實時性要求較高的領域中。

多任務內核、任務間通信、任務機制和中斷處理機制等，是VxWorks操作系統的核心。

3.1.4 Windows XPE。XPE是基于Windows XP Embedded的操作系統。系統具有微內核、資源占用少、啟動速度快、高可靠性、增強寫保護等桌面XP系統所不具備的功能。XPE和Windows XP專業版擁有相同的核心，擁有Windows XP專業版的所有功能和屬性，具備Windows XP專業版所有應用軟件的兼容性。

綜上，QNX和VxWorks操作系統具有良好的實時性、卓越的可靠性，但屬于付費操作系統；Windows XPE操作系統在穩定性方面要差一些，不適合反復重啟的司機顯示屏設備；Linux操作系統實時性好、穩定性高，開源免費，又與其他操作系統具有相似性，是構建開放司機顯示屏開發平臺的首先操作系統。

3.2 硬件平臺

硬件平臺的搭建主要是顯示屏的選擇問題，選擇的顯示屏穩定性要好、可維護性要高，并可提供多樣的技術支持和技術服務。

主要的顯示屏供應商國外有PIXY、DEUTA；國內有盛博科技。

3.2.1 PIXY。帕克西（PIXY）是全球軌道交通行業移動顯示設備領域領先的生產制造商。帕克西這一品牌代表著在全球交通系統，特別是軌道交通系統中的高質量的硬件及軟件產品。所有生產的顯示設備以高度集成、堅固耐用、精密等特點著稱，特別適用于惡劣的交通和工業環境。

帕克西顯示屏主要應用于地鐵、中低速動車組等

領域。

3.2.2 DEUTA。德國德意達（DEUTA）公司致力于國內外鐵路及城市軌道交通車載設備的引進、開發、生產和服務。公司以領先的技術和服務，使公眾享受軌道交通帶來的安全、舒適和便捷作為企業使命。主要產品有雷達傳感器及測試系統、指針儀表、多功能顯示終

端等。

德意達顯示屏主要應用于地鐵、監測系統等領域。

3.2.3 盛博科技。北京盛博協同科技有限公司，是專業從事嵌入式計算機硬件、軟件及相關產品開發、生產、銷售及服務的高新技術企業。多年來，堅持走自主開發、合作雙贏之路，不斷推出客戶適用的產品和系統解決方案。

產品廣泛應用于交通運輸、網絡通訊、智能儀器等領域。endprint

上述顯示屏供應商，可提供的顯示屏有按鍵屏、觸摸屏；尺寸為10.4寸或12.1寸；分辨率為640*480、800*600、1024*768；IO接口有串口、LAN、MVB、CAN、USB、Audio。亦可根據用戶需求定制。

帕克西公司顯示屏以穩定、可靠、可定制，以及完善的技術支持和技術服務，受到用戶的廣泛好評，逐漸成為顯示屏開發平臺的首先硬件平臺。

3.3 軟件平臺

司機顯示屏HMI軟件開發主要是圖形界面的開發。因此，采用跨平臺、可移植、圖形庫豐富的Qt為圖形界面開發框架，以Qt Creator為開發工具。

3.3.1 Qt。Qt是奇趣科技開發的一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它既可以開發GUI程序，也可用于開發非GUI程序。它為應用軟件開發者提供了建立美觀圖形用戶界面所需的所有功能。Qt允許真正地組件編程，并且很容易擴展。

（1）跨平臺性。Qt支持的操作系統包括Microsoft Windows、Linux、QNX、SunOS、SCO、HP-UX等；（2）豐富的API。Qt包括200多個C++類，還提供基于模板的serialization、collections、file類；（3）面向對象。Qt通過良好的封裝和重載機制，使得Qt的模塊化程度得到提升，可重用性得到提高；（4）支持2D/3D圖形渲染，支持OpenGL。

3.3.2 Qt Creator。Qt Creator是一款新的輕量級的跨平臺的Qt集成開發環境（IDE）。它的設計目標是使開發人員能夠利用Qt這個應用程序框架更加簡便、快速地完成開發任務。此IDE能夠跨平臺運行，支持Windows、Linux、Mac OS X等操作系統。

Qt Creator集成了Qt Designer、Qt Linguist、Qt Assistant、qmake構建工具等，包括C++代碼編輯器、項目生成向導、瀏覽文件及類的工具、圖形化的GDB調試前端等。

4 結語

以Linux為操作系統，以基于Inter X86架構的帕克西Inc70系列顯示屏為硬件平臺，以Qt Creator為軟件平臺構建司機顯示屏HMI軟件開發平臺。為未來開發平臺的靈活配置和擴展留出了足夠的空間，符合當前構建司機顯示屏HMI軟件開發平臺要求。

參考文獻

[1] 呂建平.基于Linux平臺的可視語音聊天系統的設計與實現[D].成都理工大學，2012.

[2] 王順華.基于ARM嵌入式系統的多媒體應用開發[D].南京郵電大學，2011.

[3] 楊寧輝，陳懷民，等.基于QNX的無人機地面控制臺嵌入式系統開發[J].計算機測量與控制，2011，（6）.

[4] 彭華，沈為群，等.一種基于VxWorks的飛行仿真實時管理系統[J].系統仿真學報，2003，（8）.

作者簡介：魏海洋（1984-），男，陜西延安人，唐山軌道客車有限責任公司產品技術研究中心工程師，研究方向：列車網絡控制技術。

（責任編輯：周 瓊）endprint