張友兵 劉 嶺 崔俊鋒

1 診斷維護(hù)終端簡介

列車運(yùn)行過程中，車載設(shè)備應(yīng)用軟件實(shí)時(shí)檢測(cè)故障情況，并將檢測(cè)到的故障存儲(chǔ)起來以備下載分析。故障記錄包括UTC時(shí)間、系統(tǒng)時(shí)間戳、報(bào)告故障的文件名、報(bào)告故障的行號(hào)、故障碼和字符串形式的故障描述等信息。

但CTCS－2級(jí)和CTCS－3級(jí)列控車載設(shè)備可能存在軟硬件故障，為此開發(fā)一種診斷維護(hù)終端。

診斷維護(hù)終端用于修改列控車載主機(jī)存儲(chǔ)的配置參數(shù)，查看配置參數(shù)的描述信息，檢查車載主機(jī)存儲(chǔ)的配置參數(shù)取值，審查或清除車載主機(jī)存儲(chǔ)的應(yīng)用故障記錄。診斷維護(hù)終端是一個(gè)工作在PC機(jī)上的獨(dú)立軟件，通過USB－CAN轉(zhuǎn)換設(shè)備與車載主機(jī)進(jìn)行通信。根據(jù)故障記錄的文件名和行號(hào)可以快速定位故障發(fā)生的位置，利用故障碼和字符串形式的描述信息可以直觀分析故障原因。

診斷維護(hù)終端采用通用軟件，以應(yīng)對(duì)不同車型、用戶、需求等變化信息帶來的影響，而且便于軟件升級(jí)維護(hù)，提高了軟件通用性和可維護(hù)性，也提高了軟件與車型的適配性。

2 系統(tǒng)原理

圖1為診斷維護(hù)終端的系統(tǒng)原理圖。診斷維護(hù)終端通過USB－CAN轉(zhuǎn)換設(shè)備與車載主機(jī)通信連接。用戶操作診斷維護(hù)終端，診斷維護(hù)終端響應(yīng)用戶操作，并將用戶操作轉(zhuǎn)換成符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)發(fā)送給車載主機(jī)，車載主機(jī)接收數(shù)據(jù)并從數(shù)據(jù)中識(shí)別出用戶命令。

對(duì)于正確的用戶命令，車載主機(jī)根據(jù)具體命令內(nèi)容執(zhí)行對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，并將響應(yīng)結(jié)果轉(zhuǎn)換成符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)發(fā)送給診斷維護(hù)終端；診斷維護(hù)終端接收數(shù)據(jù)并提取出車載主機(jī)的響應(yīng)結(jié)果，將響應(yīng)結(jié)果及時(shí)顯示在診斷維護(hù)終端的界面上供用戶查看。

對(duì)于錯(cuò)誤的用戶命令，車載主機(jī)識(shí)別錯(cuò)誤類型，回復(fù)具有針對(duì)性的提示信息，并將提示信息轉(zhuǎn)換成符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)發(fā)送給診斷維護(hù)終端；診斷維護(hù)終端接收數(shù)據(jù)，提取出車載主機(jī)的提示信息，顯示在診斷維護(hù)終端的界面上，及時(shí)提示用戶輸入命令有誤，指導(dǎo)用戶執(zhí)行正確的操作。

圖1 列控車載主機(jī)診斷維護(hù)終端

3 軟件設(shè)計(jì)

3．1 軟件結(jié)構(gòu)

診斷維護(hù)終端軟件分為：通信層、邏輯處理層和顯示層三層。

3．1．1 通信層

通信層包含接收和發(fā)送數(shù)據(jù)模塊。接收數(shù)據(jù)模塊通過USB－CAN轉(zhuǎn)換設(shè)備從車載主機(jī)接收數(shù)據(jù)，傳給邏輯處理層的接收數(shù)據(jù)管理模塊。發(fā)送數(shù)據(jù)模塊從邏輯處理層的發(fā)送數(shù)據(jù)管理模塊獲取數(shù)據(jù)，通過USB－CAN轉(zhuǎn)換設(shè)備發(fā)送車載數(shù)據(jù)。

3．1．2 邏輯處理層

邏輯處理層包含如下模塊。

1．響應(yīng)用戶操作模塊。接收用戶指令，并傳遞給發(fā)送數(shù)據(jù)管理模塊。

2．接收數(shù)據(jù)管理模塊。從通信層的接收數(shù)據(jù)模塊得到車載主機(jī)數(shù)據(jù)，提供給處理數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行解析和邏輯處理。

3．處理數(shù)據(jù)模塊。從接收數(shù)據(jù)管理模塊提供的車載主機(jī)數(shù)據(jù)中提取報(bào)文幀或空閑幀，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)類型檢查、數(shù)據(jù)長度檢查、時(shí)間戳檢查、CRC校驗(yàn)等，如果檢查不通過，則置工作狀態(tài)為初始狀態(tài)；從通過檢查的報(bào)文幀中提取有效數(shù)據(jù)，根據(jù)GBK編碼將有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以顯示的字符串，提供給界面顯示數(shù)據(jù)管理模塊；使用通過檢查的空閑幀來判斷與車載主機(jī)的通信是否超時(shí)，如果超時(shí)則置工作狀態(tài)為初始化狀態(tài)。

4．保持通信連接模塊。與車載主機(jī)建立通信連接；當(dāng)連接斷開時(shí)，主動(dòng)與車載主機(jī)重新建立通信連接；連接正常時(shí)，當(dāng)沒有指令需要發(fā)送給車載主機(jī)時(shí)，定時(shí)組建保持連接幀并傳遞給發(fā)送數(shù)據(jù)管理模塊，以保持與車載主機(jī)的通信連接。

5．發(fā)送數(shù)據(jù)管理模塊。從保持通信連接模塊得到需要發(fā)給車載主機(jī)的數(shù)據(jù)，從響應(yīng)用戶操作模塊得到需要發(fā)給車載主機(jī)的用戶指令，調(diào)用通信層的發(fā)送數(shù)據(jù)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)給車載主機(jī)，同時(shí)向界面顯示數(shù)據(jù)管理模塊提供需要界面顯示的用戶指令。

6．界面顯示數(shù)據(jù)管理模塊。從處理數(shù)據(jù)模塊獲取車載主機(jī)數(shù)據(jù)，從發(fā)送數(shù)據(jù)管理模塊獲取用戶指令，以時(shí)間先后順序依次顯示在診斷維護(hù)終端的界面上，便于用戶查看和指導(dǎo)用戶操作。

3．1．3 顯示層

顯示層包含界面顯示收發(fā)信息模塊和更新界面控件屬性模塊。界面顯示收發(fā)信息模塊，從邏輯處理層的界面顯示數(shù)據(jù)管理模塊獲取需要界面顯示的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)依次顯示在界面上，供用戶查看交互過程或指導(dǎo)用戶執(zhí)行具體的操作。更新界面控件屬性模塊，負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶操作，并根據(jù)用戶操作設(shè)置診斷維護(hù)界面控件的使能屬性，保證用戶可以執(zhí)行什么操作和不可以執(zhí)行什么操作。

3．2 消息定義

診斷維護(hù)終端與車載主機(jī)通信中使用了4種消息：請(qǐng)求幀、保持通信幀、報(bào)文幀和空閑幀。診斷維護(hù)終端使用請(qǐng)求幀與車載主機(jī)建立通信連接，并發(fā)送用戶指令；在通信連接建立后，在沒有用戶指令需要發(fā)送時(shí)，保持連接幀與車載主機(jī)正常的通信連接。車載主機(jī)使用空閑幀與診斷維護(hù)終端建立通信連接，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，使用空閑幀與診斷維護(hù)終端保持通信連接；通信連接建立并接收到用戶指令后，有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)使用報(bào)文幀將數(shù)據(jù)發(fā)送給診斷維護(hù)終端。

3．3 工作狀態(tài)機(jī)

診斷維護(hù)終端邏輯處理層的保持通信連接模塊采用狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)思想，包括初始狀態(tài)、等待啟動(dòng)命令狀態(tài)、建立通信狀態(tài)和保持通信狀態(tài)。

1．初始狀態(tài)：診斷維護(hù)終端剛啟動(dòng)時(shí)，處于初始狀態(tài)，初始化所有全局變量，清空發(fā)送和接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并轉(zhuǎn)入等待啟動(dòng)命令狀態(tài)。

2．等待啟動(dòng)命令狀態(tài)：診斷維護(hù)終端等待車載主機(jī)的啟動(dòng)命令，如果沒有收到啟動(dòng)命令，保持該狀態(tài)不變；如果收到啟動(dòng)命令，則轉(zhuǎn)入建立通信狀態(tài)；如果收到的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)類型錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)長度錯(cuò)誤、時(shí)間戳錯(cuò)誤、CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤等情況時(shí)，轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)。

3．建立通信狀態(tài)：診斷維護(hù)終端向車載主機(jī)發(fā)送建立通信連接的請(qǐng)求幀，并等待車載主機(jī)回復(fù)通信連接成功的應(yīng)答，如果收到則轉(zhuǎn)入保持通信狀態(tài)，否則保持當(dāng)前狀態(tài)不變；如果收到的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)類型錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)長度錯(cuò)誤、時(shí)間戳錯(cuò)誤、CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤等情況時(shí)，轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)。

4．保持通信狀態(tài)：診斷維護(hù)終端從車載主機(jī)接收數(shù)據(jù)、解析數(shù)據(jù)，并在界面顯示車載主機(jī)的提示信息；響應(yīng)用戶的操作并將用戶操作發(fā)送給車載主機(jī)；如果收到的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)類型錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)長度錯(cuò)誤、時(shí)間戳錯(cuò)誤、CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤等情況時(shí)，轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到車載主機(jī)的任何有效數(shù)據(jù)，認(rèn)為通信異常，也轉(zhuǎn)入初始狀態(tài)。保持通信連接模塊狀態(tài)機(jī)如圖2所示。

圖2 保持通信連接模塊狀態(tài)機(jī)

3．4 下載配置參數(shù)文件流程

下載配置參數(shù)文件的過程：人工加載配置參數(shù)文件；診斷維護(hù)終端自動(dòng)將配置參數(shù)文件分割為若干個(gè)請(qǐng)求幀；提取一條請(qǐng)求幀，將請(qǐng)求幀分割為若干個(gè)CAN幀，依次發(fā)送給車載主機(jī)；判斷是否存在尚未發(fā)送給車載主機(jī)的請(qǐng)求幀，如果存在則按上一步方法將請(qǐng)求幀發(fā)送出去，否則結(jié)束流程。下載配置參數(shù)文件過程如圖3所示。

圖3 下載配置參數(shù)文件過程

3．5 透傳用戶命令流程

當(dāng)用戶需要查看配置參數(shù)描述信息、修改制定的配置參數(shù)、下載應(yīng)用故障記錄或清空車載設(shè)備存儲(chǔ)的應(yīng)用故障記錄時(shí)，只需要在診斷維護(hù)終端界面輸入指定的指令并發(fā)送給車載主機(jī)，車載主機(jī)收到指令后向診斷維護(hù)終端回復(fù)對(duì)應(yīng)的信息。

透傳用戶命令的一般流程：用戶在診斷維護(hù)終端界面輸入指令；診斷維護(hù)終端自動(dòng)將輸入的指令組建成請(qǐng)求幀，并分割為若干個(gè)CAN幀，依次發(fā)送給車載主機(jī)。透傳用戶指令過程如圖4所示。

透傳用戶指令過程

3．6 界面顯示車載主機(jī)回復(fù)信息流程

用戶在診斷維護(hù)終端界面輸入指令，并發(fā)送給車載主機(jī)；車載主機(jī)收到后判斷用戶指令有效性，如果是無效的用戶指令，車載主機(jī)提示用戶輸入指令為無效；如果是有效的用戶指令，車載主機(jī)根據(jù)指令回復(fù)對(duì)應(yīng)信息。診斷維護(hù)終端接收到車載主機(jī)的回復(fù)信息并顯示。該信息的流程為：診斷維護(hù)終端接收到車載主機(jī)發(fā)送的報(bào)文幀，對(duì)報(bào)文幀進(jìn)行幀序號(hào)檢查、長度檢查、時(shí)間戳檢查和CRC校驗(yàn)。如果通過以上檢查，將從報(bào)文幀中提取有效數(shù)據(jù)，根據(jù)GBK編碼將有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字符串，并在界面上顯示字符串。界面顯示車載主機(jī)回復(fù)信息過程如圖5所示。

顯示車載主機(jī)回復(fù)信息過程

GBK編碼是在GB2312－80標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的內(nèi)碼擴(kuò)展規(guī)范，使用了雙字節(jié)編碼方案，其編碼范圍從8140至FEFE（剔除xx7F），共23940個(gè)碼位，收錄了21003個(gè)漢字，完全兼容GB2312－80標(biāo)準(zhǔn)，支持 國 際 標(biāo) 準(zhǔn) ISO／IEC10646－1 和 國 家 標(biāo) 準(zhǔn)GB13000－1中的全部中日韓漢字，并包含了BIG5編碼中的所有漢字。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4．1 快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸

在數(shù)據(jù)通信中，經(jīng)常存在丟失、重復(fù)、亂序、亂碼等情況，診斷維護(hù)終端通過判斷時(shí)間戳是否向上增長、比較CRC校驗(yàn)值是否一致、判斷應(yīng)答幀序號(hào)是否向上連續(xù)、判斷數(shù)據(jù)長度是否是期望的長度等措施，解決數(shù)據(jù)通信中可能存在的問題。

4．2 可拓展的用戶指令集

用戶在診斷維護(hù)終端界面輸入指令，點(diǎn)擊發(fā)送按鈕，把用戶指令透傳給車載主機(jī)，由車載主機(jī)判斷用戶指令的有效性并做出響應(yīng)。因此，當(dāng)需要增加新的用戶指令時(shí)，診斷維護(hù)終端并不需要做大的修改，只需要車載主機(jī)增加對(duì)其響應(yīng)。

4．3 友好的人機(jī)交互方式

用戶在診斷維護(hù)終端界面上輸入指令，點(diǎn)擊發(fā)送按鈕將指令發(fā)送給車載主機(jī)，發(fā)送出去的用戶指令顯示在交互窗口中。車載主機(jī)收到用戶指令并對(duì)指令進(jìn)行有效性判斷，對(duì)于無效的用戶指令，車載主機(jī)回復(fù)指令無效，診斷維護(hù)終端在交互窗口中顯示指令無效的提示信息。對(duì)于有效的用戶指令，車載主機(jī)將根據(jù)指令內(nèi)容回復(fù)指定的信息，且在診斷維護(hù)終端交互窗口中顯示。通過這種一問一答的方式，診斷維護(hù)終端指導(dǎo)用戶向車載主機(jī)發(fā)送正確的指令，對(duì)車載主機(jī)進(jìn)行操作。

4．4 及時(shí)的界面信息顯示

診斷維護(hù)終端一方面需要將交互的信息及時(shí)顯示在界面上，另一方面需要接收、處理和發(fā)送數(shù)據(jù)。如果將所有任務(wù)都放在UI線程中，有時(shí)會(huì)使界面卡死。因此，采用多線程的方法搭建軟件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)UI和工作2個(gè)線程。UI線程負(fù)責(zé)更新界面顯示。工作線程負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。針對(duì)工作線程有信息需要界面顯示，由于這是工作線程和UI線程的跨線程操作，使用代理方法將工作線程的信息顯示在界面上?；驹瓌t就是工作線程負(fù)責(zé)所有的運(yùn)算，UI線程負(fù)責(zé)純粹的界面更新。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種用于列控車載設(shè)備的診斷維護(hù)終端，可以用于列控車載設(shè)備下載參數(shù)，還可以用于下載列控車載設(shè)備存儲(chǔ)的應(yīng)用故障記錄，是列控車載設(shè)備日常運(yùn)營維護(hù)、故障分析的重要工具。

［1］ 中國鐵路總公司．CTCS－2／3級(jí)列控車載設(shè)備人機(jī)界面（DMI）顯示暫行規(guī)范［S］．中國鐵路總公司，2014．

［2］ 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司．CTCS3－300T列控車載設(shè)備DMI司機(jī)操作手冊(cè)［S］．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，2013．