機車數據記錄儀程序設計

侯波 郭瑾玉 黃眾 覃事東

摘 要：本文介紹了Vxworks操作系統下的機車數據記錄儀程序設計過程，詳細論述主程序、功能模塊的實現方式。

關鍵詞：VxWorks;數據記錄儀;嵌入式系統

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

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

該系統的功能主要功能可以分為：（1）各系統的數據的采集;（2）根據數據記錄為文件;（3）壓縮文件;（4）上傳文件。

1 設備主要特點

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

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

（3）設備采用的Vxwokrs操作系統具有微內核、實時性好，運用廣泛的特點。

2 數據記錄儀的程序設計

數據記錄儀的程序開發一般有以下步驟：設計模塊功能，設計主線程，根據需求裁剪內核，編寫代碼。

數據記錄儀程序具體需要實現如下功能塊，每個功能應該盡量相互獨立，方便使用。

（1）配置文件讀取模塊：讀取系統參數、MVB端口配置、以太網網卡配置、以太網UDP、TCP端口配置、數據協議配置。

（2）MVB總線數據接收模塊：根據MVB接口程序，按MVB端口及周期將數據循環讀取到共享的內存中。

（3）以太網實時數據接收模塊：按以太網具體的協議，UDP、TCP或者其他上層協議如TRDP、HTTP等將數據讀取到內存;同時根據數據協議對數據進行處理。

（4）以太網文件數據接收模塊：將子系統文件存儲到文件夾準備壓縮和上傳，具體的接收方法和文件校驗方法根據協議進行。

（5）數據記錄模塊：將需要記錄的數據按協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據內存不被同時讀寫，如果同時讀寫可能會導致記錄的數據錯誤。

（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壓縮算法進行壓縮，并另存到指定的文件上傳目錄。

（7）數據上傳模塊：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）地面數據解析工具：對數據按時間進行表格、圖形展示，可用來分析故障發生原因。

內核裁剪是對Vxworks內核進行功能配置、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等。

3 主線程實現

Vxworks內核程序不區分線程和進程。主線程負責開啟各個模塊的線程。根據線程需要劃分任務等級、存儲空間、甚至運行的CPU內核。具體步驟如下。讀配置文件和配置MVB網路、以太網網卡信息必須正常，否則會影響其他設備運行。主程序的實現如下圖。

4 接收數據模塊和記錄數據模塊的實現

這些模塊中，最重要的就是數據接收模塊和記錄模塊的實現。

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

5 測試與結果

設備將記錄的文件數據使用FTP斷點續傳方式發到地面。Vxworks的ftp函數不支持斷點續傳，需要編寫續傳函數，其原理是TCP應答和文件讀寫。續傳需要地面FTP服務器支持SIZE和APPE指令，分別用來獲取文件大小、續傳指定的文件。完成續傳函數，需要看FTP相關的資料。

地面軟件對數據解析如下圖3，經過長期運行檢驗，記錄儀的程序可穩定運行、工作正常。

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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。