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摘 要随着列车通信网络的发展,智能显示单元(IDU)已成为列车运行当中不可或缺的重要组成部分。重点阐述基于TCN标准的机车智能显示单元硬件结构及软件实现的关键部分。
关键词智能显示单元;硬件结构;MiniGUI;MVB网卡驱动
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)111-0036-01
列车通信网络(TCN)作为铁路设备数据通信的特定标准,已经成为了分布式列车控制系统的核心。它采用双层拓扑结构:连接车厢内设备的多功能车辆总线(MVB)和连接各车厢的绞线式列车总线(WTB)。
列车智能显示单元是列车运行当中的人机交互设备,能够实时监控相关数据及故障诊断信息,为列车车辆安全运行提供重要的保障。在满足TCN标准的列车通信网络上,IDU与其它设备进行通信主要依靠MVB。本文采用S3C2440A作为处理器,以Linux嵌入式操作系统为软件开发平台,借助MiniGUI,研究开发了一个列车智能显示单元设备。
1智能显示单元硬件描述
IDU的硬件模块描述如下所述:
电源模块:系统电路需要使用三种电压:12V、5V和1.3V。其中12V用来给液晶显示器供电,1.3V用来为CPU供电,其它均使用5V。
USB主从口与UART口:USB主从口用来连接诸如鼠标,移动存储器的外接设备;UART口用来与PC间进行数据通信及调试。
FLASH与SDRAM:FLASH用来保存Bootloader、操作系统映像、文件系统及运用程序;SDRAM用来保存动态变化的各类数据。
键盘IO接口与液晶显示器:液晶显示器用来对运行中的相关数据进行实时显示;作为人机交互设备,键盘能够实现相关操作及控制。
MVB网络接口卡:MVB网络接口卡是IDU设备上不可缺少的组成部分,它完成链路层功能,依靠物理层发送和接收具有电气特征的电信号,同时为上层提供过程数据和消息数据的变量接口。本系统采用MVBC01芯片,通过通信存储器和应用CPU之间进行数据交换和处理。
SPI接口:用来与MVB网络接口卡进行数据交换。
2智能显示单元的软件实现
本系统在嵌入式Linux下利用MiniGUI来完成显示系统的设计。
Linux操作系统完全开放代码,支持多种硬件平台,能够实时处理各种任务。该操作系统具有多种优点:稳定、良好的移植性、优秀的网络功能及丰富的API等。嵌入式Linux是Linux针对不同的硬件平台进行裁剪后的专用操作系统。
面向嵌入式Linux的GUI主要有MicroWindows、Qt/Embedded以及MiniGUI。相比于其它两个系统,MiniGUI系统占用率低,对用户操作响应快。它是国内比较成熟的轻量级图形用户界面系统。因此,本系统采用MiniGUI作为智能显示单元的显示系统。
本文重点阐述软件设计部分的两个关键技术:MVB网卡驱动设计和MiniGUI与MVB系统的数据融合。
2.1MVB网卡驱动设计
MVB网卡驱动是连接MVB通信网络硬件设备和设备文件的纽带,是操作系统内核和硬件设备之间的接口。它为应用程序屏蔽了硬件的细节,使应用程序可以像操作普通文件一样操作硬件设备。
本系统实现了MVB通信网络上传输的过程数据和消息数据。过程数据是列车运行控制命令和运行状态的值,它们比较小,一般只有几个字节,周期性传输。消息数据是按需传输的不频繁数据,长度在几个字节到几千字节之间。
过程数据存储在通信存储器(TM)的固定端口中当中,其实现相对简单。在配置 MVBC01时,将TM当中存储过程数据的端口地址映射到应用处理器的内存当中。这样一来,运用程序对过程数据的访问实际上就是对内存的访问。
消息数据保存在TM的消息队列当中,对其读写需要在MVB网卡驱动程序中实现一个字符设备功能。实现过程大致如下:
1)注册一个字符设备。字符设备的注册函数为:Register_chrdev(mvb_dev,“MVB”,& mvb_dev_ops)。
2)发送消息数据:将RTP协议栈中发送的数据写到TM的消息队列中,并启动消息轮询,消息数据便可以发送出去。
3)接收消息数据:从TM的消息队列当中将数据读至应用层的RTP协议栈当中,然后在MiniGUI当中使用。
值得一提的是:消息数据的接收处理实际上是通过中断处理函数实现。应用处理器接收到消息数据时,产生消息数据中断。中断处理函数如下:
Request_irq(IRQ_GPIO_MVB,mvb_interrupt(),0,“MVB”)。
4)配置网卡,包括TM中端口配置,以及MVBC芯片的初始化。之后,将网卡驱动加载至内核当中,便可以实现消息数据包的接收和发送。
2.2MiniGUI与MVB通信网络的数据融合
MVB网络驱动程序成功加载至内核当中以后,IDU设备便可以通过MVB接收到来自于TCN其它设备传送的数据了。但要将数据上传至MiniGUI,通过控件显示出来,还需要利用MiniGUI的定时器实现数据融合。
在运用程序中,通过函数创建定时器,并指定定时器标识号及执行周期;按照指定周期,MiniGUI周期性的与底层驱动程序进行交互。当指定周期到达时,定时器将会产生特定消息。之后,定时器再次重新运行……当不需要使用定时器时,调用函数删除定时器。
这样一来,便可以实现MiniGUI与MVB通信网络的数据融合。
3结语
经过实践证明:本设备在机车实际运行当中,可以完成人机对话和实时显示数据,同时还可以给出解除相应故障的提示信息,保存历史故障信息。另外,通过列车智能显示单元还可以随时掌握列车运行状态,如当前速度、工况、网压等等。
参考文献
[1]刘文清.基于TCN的列车通信网络系统研究.北京:北京交通大学,2008.
[2]刘军.支持TCN的列车智能显示器的研究与实现.湖南:中南大学,2009.
[3]于秀霞.嵌入式监控系统中MiniGUI的编程与实现.长春大学学报,2009.
作者简介
李力(1986—),男,江西南昌人,硕士研究生在读,主要从事嵌入式系统及列车通信网络的研究。
张婷(1986—),女,江西南昌人,硕士研究生在读,主要从事嵌入式系统的研究。
关键词智能显示单元;硬件结构;MiniGUI;MVB网卡驱动
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)111-0036-01
列车通信网络(TCN)作为铁路设备数据通信的特定标准,已经成为了分布式列车控制系统的核心。它采用双层拓扑结构:连接车厢内设备的多功能车辆总线(MVB)和连接各车厢的绞线式列车总线(WTB)。
列车智能显示单元是列车运行当中的人机交互设备,能够实时监控相关数据及故障诊断信息,为列车车辆安全运行提供重要的保障。在满足TCN标准的列车通信网络上,IDU与其它设备进行通信主要依靠MVB。本文采用S3C2440A作为处理器,以Linux嵌入式操作系统为软件开发平台,借助MiniGUI,研究开发了一个列车智能显示单元设备。
1智能显示单元硬件描述
IDU的硬件模块描述如下所述:
电源模块:系统电路需要使用三种电压:12V、5V和1.3V。其中12V用来给液晶显示器供电,1.3V用来为CPU供电,其它均使用5V。
USB主从口与UART口:USB主从口用来连接诸如鼠标,移动存储器的外接设备;UART口用来与PC间进行数据通信及调试。
FLASH与SDRAM:FLASH用来保存Bootloader、操作系统映像、文件系统及运用程序;SDRAM用来保存动态变化的各类数据。
键盘IO接口与液晶显示器:液晶显示器用来对运行中的相关数据进行实时显示;作为人机交互设备,键盘能够实现相关操作及控制。
MVB网络接口卡:MVB网络接口卡是IDU设备上不可缺少的组成部分,它完成链路层功能,依靠物理层发送和接收具有电气特征的电信号,同时为上层提供过程数据和消息数据的变量接口。本系统采用MVBC01芯片,通过通信存储器和应用CPU之间进行数据交换和处理。
SPI接口:用来与MVB网络接口卡进行数据交换。
2智能显示单元的软件实现
本系统在嵌入式Linux下利用MiniGUI来完成显示系统的设计。
Linux操作系统完全开放代码,支持多种硬件平台,能够实时处理各种任务。该操作系统具有多种优点:稳定、良好的移植性、优秀的网络功能及丰富的API等。嵌入式Linux是Linux针对不同的硬件平台进行裁剪后的专用操作系统。
面向嵌入式Linux的GUI主要有MicroWindows、Qt/Embedded以及MiniGUI。相比于其它两个系统,MiniGUI系统占用率低,对用户操作响应快。它是国内比较成熟的轻量级图形用户界面系统。因此,本系统采用MiniGUI作为智能显示单元的显示系统。
本文重点阐述软件设计部分的两个关键技术:MVB网卡驱动设计和MiniGUI与MVB系统的数据融合。
2.1MVB网卡驱动设计
MVB网卡驱动是连接MVB通信网络硬件设备和设备文件的纽带,是操作系统内核和硬件设备之间的接口。它为应用程序屏蔽了硬件的细节,使应用程序可以像操作普通文件一样操作硬件设备。
本系统实现了MVB通信网络上传输的过程数据和消息数据。过程数据是列车运行控制命令和运行状态的值,它们比较小,一般只有几个字节,周期性传输。消息数据是按需传输的不频繁数据,长度在几个字节到几千字节之间。
过程数据存储在通信存储器(TM)的固定端口中当中,其实现相对简单。在配置 MVBC01时,将TM当中存储过程数据的端口地址映射到应用处理器的内存当中。这样一来,运用程序对过程数据的访问实际上就是对内存的访问。
消息数据保存在TM的消息队列当中,对其读写需要在MVB网卡驱动程序中实现一个字符设备功能。实现过程大致如下:
1)注册一个字符设备。字符设备的注册函数为:Register_chrdev(mvb_dev,“MVB”,& mvb_dev_ops)。
2)发送消息数据:将RTP协议栈中发送的数据写到TM的消息队列中,并启动消息轮询,消息数据便可以发送出去。
3)接收消息数据:从TM的消息队列当中将数据读至应用层的RTP协议栈当中,然后在MiniGUI当中使用。
值得一提的是:消息数据的接收处理实际上是通过中断处理函数实现。应用处理器接收到消息数据时,产生消息数据中断。中断处理函数如下:
Request_irq(IRQ_GPIO_MVB,mvb_interrupt(),0,“MVB”)。
4)配置网卡,包括TM中端口配置,以及MVBC芯片的初始化。之后,将网卡驱动加载至内核当中,便可以实现消息数据包的接收和发送。
2.2MiniGUI与MVB通信网络的数据融合
MVB网络驱动程序成功加载至内核当中以后,IDU设备便可以通过MVB接收到来自于TCN其它设备传送的数据了。但要将数据上传至MiniGUI,通过控件显示出来,还需要利用MiniGUI的定时器实现数据融合。
在运用程序中,通过函数创建定时器,并指定定时器标识号及执行周期;按照指定周期,MiniGUI周期性的与底层驱动程序进行交互。当指定周期到达时,定时器将会产生特定消息。之后,定时器再次重新运行……当不需要使用定时器时,调用函数删除定时器。
这样一来,便可以实现MiniGUI与MVB通信网络的数据融合。
3结语
经过实践证明:本设备在机车实际运行当中,可以完成人机对话和实时显示数据,同时还可以给出解除相应故障的提示信息,保存历史故障信息。另外,通过列车智能显示单元还可以随时掌握列车运行状态,如当前速度、工况、网压等等。
参考文献
[1]刘文清.基于TCN的列车通信网络系统研究.北京:北京交通大学,2008.
[2]刘军.支持TCN的列车智能显示器的研究与实现.湖南:中南大学,2009.
[3]于秀霞.嵌入式监控系统中MiniGUI的编程与实现.长春大学学报,2009.
作者简介
李力(1986—),男,江西南昌人,硕士研究生在读,主要从事嵌入式系统及列车通信网络的研究。
张婷(1986—),女,江西南昌人,硕士研究生在读,主要从事嵌入式系统的研究。