軌道電路設(shè)備故障維護信息自存儲及處理技術(shù)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(shè)指揮部，湖南 長沙 410007；2.固安信通信號技術(shù)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(shè)備運行期間的重要參數(shù)，了解設(shè)備的運行狀態(tài)，快速定位設(shè)備的運行節(jié)點，分析設(shè)備異常狀況等。根據(jù)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(jīng)驗，指導(dǎo)運行工作，也可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，做到及時消除，此外還能提供事故分析及檢修數(shù)據(jù)，從而為后續(xù)保證設(shè)備的安全運行提供數(shù)據(jù)支撐。

近年來，數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）廣泛應(yīng)用于軌道電路信號處理及通信設(shè)備中，存儲器已成為許多電路系統(tǒng)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(shù)實現(xiàn)支持。

在嵌入式系統(tǒng)中，F(xiàn)lash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(zhí)行某些功能的數(shù)據(jù)，通過多種不同的串行協(xié)議來連接存儲設(shè)備[1]。單片機中也集成了多種不同類型的串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface，SPI）存儲設(shè)備。另外，F(xiàn)lash和EEPROM均為非易失性存儲器，意味著該設(shè)備能夠保存數(shù)據(jù)，且在關(guān)閉電源的情況下也能保留歷史數(shù)據(jù)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(yīng)用程序及數(shù)據(jù)信息。

1 EEPROM和Flash

EEPROM可以在字節(jié)級別讀取，寫入和擦除數(shù)據(jù)。Flash是EEPROM的一種，在結(jié)構(gòu)上以塊的形式排列，在塊中擦除數(shù)據(jù)，并且可以在字節(jié)級別讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。

使用閃存或EEPROM設(shè)備有很多優(yōu)點和缺點，具體如下。（1）由于EEPROM以字節(jié)為單位運行其擦除功能，因此增加了清除和編輯設(shè)備所花費的時間，但允許開發(fā)人員在需要時編輯特定部分。Flash能夠擦除大量數(shù)據(jù)，從而大大提高了擦除速度，并使設(shè)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(jié)的能力，從而迫使開發(fā)人員在進行任何更改時都重寫整個數(shù)據(jù)塊。（2）在存儲設(shè)備上執(zhí)行多個擦除和寫入周期將導(dǎo)致其最終隨著時間的推移而降級。使用EEPROM的優(yōu)點之一是使用壽命更長，EEPROM在其生命周期內(nèi)最多可以執(zhí)行1 000 000個擦除/重寫周期。根據(jù)Flash的類型，其使用壽命會縮短，大多數(shù)Flash產(chǎn)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(huán)。就大小和成本而言，F(xiàn)lash具有比EEPROM更小的存儲單元尺寸，并且實現(xiàn)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(shè)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(shè)備正常運行過程中，周期維護數(shù)據(jù)存儲到一個Buffer中，設(shè)備故障后對Buffer中的既有數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)再存儲到Flash中，以便離線維護使用。

存儲故障信息前，應(yīng)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(shè)進行相應(yīng)的初始化，包括對引腳的配置、通信速率的設(shè)定、郵箱的收發(fā)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(fā)送CPU1中Flash存儲的維護數(shù)據(jù)，ECanA中的郵箱用于發(fā)送CPU2中Flash存儲的維護數(shù)據(jù)[4]。

Flash存儲策略選用預(yù)留存儲空間的方式，預(yù)留32 768 Byte的空間。Buffer中的信息僅在設(shè)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(shè)備故障維護信息自存儲實現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 Flash存儲流程

3 故障維護信息讀取

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

圖2 CAN讀取方式

故障維護信息發(fā)送到分析軟件的數(shù)據(jù)格式為16進制，如圖3所示。

圖3 故障維護信息數(shù)據(jù)

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(shù)據(jù)。其中，右側(cè)是故障前的運行狀態(tài)信息，左側(cè)是對故障編碼對應(yīng)故障描述，便于輔助定位故障。

4 結(jié) 論

本文提出了一種新的Flash故障維護信息存儲技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)故障信息的高效存儲及分析。Flash存儲技術(shù)比較簡單且實用，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的嵌入式數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，可以檢驗嵌入式數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)。通過以上分析可以看出，F(xiàn)lash存儲相比傳統(tǒng)的磁盤存儲有很多優(yōu)勢，有望顯著提高存儲系統(tǒng)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(jù)Flash讀寫存儲的編程特點，后續(xù)有必要對其進行存儲過程管理，以使整個系統(tǒng)性能得以改善。