宋沛東

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100073）

CBTC ZC子系統(tǒng)開發(fā)簡(jiǎn)介

宋沛東

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100073）

對(duì)FZL300型CBTC系統(tǒng)中的ZC子系統(tǒng)進(jìn)行研究，介紹ZC子系統(tǒng)的開發(fā)測(cè)試環(huán)境、基于安全平臺(tái)的ZC層次關(guān)系，描述應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)及各模塊功能?；贑語言實(shí)現(xiàn)ZC應(yīng)用軟件。

CBTC；ZC應(yīng)用軟件；DS6-60安全平臺(tái)

1 概述

近年來，中國(guó)各大城市交通問題日益突出，軌道交通成為改善城市交通的重要手段，越來越多的城市開始修建地鐵，基于無線通信的列車控制系統(tǒng)（CBTC）是當(dāng)今軌道交通中制式最為先進(jìn)的系統(tǒng)。CBTC系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的軌道交通建設(shè)中被大量采用，例如北京地鐵8號(hào)線、昌平線和亦莊線。

本公司開發(fā)的CBTC系統(tǒng)已投入生產(chǎn)并獲得第三方安全認(rèn)證。本文重點(diǎn)描述CBTC系統(tǒng)中ZC子系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并介紹ZC開發(fā)過程中使用的測(cè)試開發(fā)環(huán)境。

2 ZC子系統(tǒng)的測(cè)試和開發(fā)環(huán)境

ZC專項(xiàng)測(cè)試環(huán)境采用集成測(cè)試通用平臺(tái)構(gòu)建專項(xiàng)測(cè)試環(huán)境。根據(jù)ZC設(shè)備對(duì)外接口測(cè)試需求，環(huán)境提供ATS接口、CI接口、2個(gè)相鄰ZC接口、車載控制單元（OBCU）接口，以及維護(hù)機(jī)接口，其中OBCU接口數(shù)可配置。分引擎設(shè)計(jì)包括ZC分引擎、CI分引擎、ATS分引擎、OBCU分引擎、LOG分引擎，如圖1所示。

該測(cè)試和開發(fā)環(huán)境既可以連接仿真ZC，也可以連接真實(shí)的ZC設(shè)備，可用于ZC應(yīng)用軟件的開發(fā)及后續(xù)測(cè)試。ZC開發(fā)測(cè)試環(huán)境在ZC應(yīng)用軟件開發(fā)的全生命周期中提供強(qiáng)大的調(diào)試、測(cè)試、故障分析支撐。

圖1 ZC測(cè)試開發(fā)環(huán)境示意圖

3 ZC子系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)

ZC應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的思想是把功能實(shí)現(xiàn)（列車邏輯控制）與線路數(shù)據(jù)、外部接口分離，線路數(shù)據(jù)的改變和外部通信協(xié)議的改變不會(huì)引起功能實(shí)現(xiàn)（列車邏輯控制）的改變。因此，程序中要有獨(dú)立的功能實(shí)現(xiàn)模塊（列車邏輯控制模塊）、數(shù)據(jù)實(shí)體模塊、接口管理與適配模塊。為保證系統(tǒng)間通信的安全性，ZC與外部系統(tǒng)間的通信要采用安全協(xié)議。ZC與聯(lián)鎖、相鄰ZC、ATS之間是封閉網(wǎng)絡(luò)通信，采用適合于封閉網(wǎng)絡(luò)的安全通信協(xié)議——RSSP-I通信協(xié)議。ZC與OBCU之間是開放網(wǎng)絡(luò)通信，采用適合于開放網(wǎng)絡(luò)的安全通信協(xié)議——RSSP-II通信協(xié)議。ZC應(yīng)用軟件要實(shí)現(xiàn)二乘二取二功能，需要設(shè)計(jì)用于雙CPU數(shù)據(jù)比較和雙系間數(shù)據(jù)同步的模塊。ZC應(yīng)用軟件總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ZC應(yīng)用軟件層組成

1）程序調(diào)度模塊：負(fù)責(zé)程序執(zhí)行調(diào)度以及和DS6-60安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)接口。

2）基礎(chǔ)操作功能模塊：負(fù)責(zé)封裝內(nèi)存處理、校驗(yàn)碼計(jì)算等基礎(chǔ)操作，給其他模塊提供公共接口，實(shí)現(xiàn)軟件程序和運(yùn)行平臺(tái)的解耦，提高程序可移植性。

3）交叉比較和系間同步模塊：負(fù)責(zé)將各模塊數(shù)據(jù)統(tǒng)一寫入交叉比較和系間同步數(shù)據(jù)區(qū)，以及從系間同步數(shù)據(jù)區(qū)獲取同步數(shù)據(jù)，并分發(fā)至各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)同步操作。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，雙系采用主、備工作模式，也就是說，主系處于邏輯工作狀態(tài)，備系處于動(dòng)態(tài)跟隨狀態(tài)；為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，備系需要實(shí)現(xiàn)對(duì)主系狀態(tài)的“拷貝”；因此，主系需要將動(dòng)態(tài)內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)送給備系，備系采用主系的數(shù)據(jù)完成對(duì)內(nèi)存的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主系狀態(tài)的“拷貝”。

4）列車邏輯控制模塊：負(fù)責(zé)根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景流程實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的組織控制，實(shí)現(xiàn)列車控制功能；該模塊是ZC應(yīng)用軟件的核心模塊，主要包含MA計(jì)算、列車在不同ZC間移交、CBTC等級(jí)列車與點(diǎn)式列車管理等ZC應(yīng)具備的功能。

5）數(shù)據(jù)實(shí)體模塊：負(fù)責(zé)保存靜態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)象，例如邏輯區(qū)段的長(zhǎng)度及前后連接關(guān)系、進(jìn)路包含的邏輯區(qū)段及順序等。初始化、創(chuàng)建、修改、刪除動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)象，例如列車的位置報(bào)告、計(jì)軸區(qū)段的占用狀態(tài)等，并提供數(shù)據(jù)操作接口功能。

6）接口管理和適配模塊：負(fù)責(zé)將外部對(duì)象轉(zhuǎn)化為內(nèi)部對(duì)象，并實(shí)現(xiàn)外部接口邏輯處理，以實(shí)現(xiàn)不同接口形式對(duì)內(nèi)部邏輯控制的解耦；ZC需要實(shí)現(xiàn)與聯(lián)鎖、與相鄰ZC、與ATS、與OBCU的接口管理與適配，以從外界獲取進(jìn)路信息、列車位置報(bào)告、計(jì)軸占用狀態(tài)、臨時(shí)限速等信息。

7）RSSP-I通信協(xié)議模塊：負(fù)責(zé)RSSP-I通信協(xié)議邏輯處理功能。

8）RSSP-II通信協(xié)議模塊：負(fù)責(zé)RSSP-II通信協(xié)議邏輯處理功能。

4 ZC子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，ZC應(yīng)用軟件運(yùn)行于本公司擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二乘二取二的DS6-60安全平臺(tái)。每系ZC包含2個(gè)CPU，每個(gè)CPU采用CF卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，CF卡中預(yù)裝了DOS6.22操作系統(tǒng)和軟件運(yùn)行需要的支持文件。

圖3 基于DS6-6O平臺(tái)的ZC層次關(guān)系

ZC應(yīng)用軟件采用C語言編寫，ZC與其他系統(tǒng)全部采用以太網(wǎng)通信，ZC的開發(fā)流程如下：首先在PC機(jī)上開發(fā)ZC應(yīng)用軟件，模擬DS6-60平臺(tái)提供的API接口，然后把上述兩部分集成在一起實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的運(yùn)行于PC機(jī)的ZC程序。ZC應(yīng)用軟件在仿真環(huán)境測(cè)試通過后，將ZC應(yīng)用軟件移植到DS6-60平臺(tái)。采用這樣的開發(fā)流程具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）便于ZC應(yīng)用軟件調(diào)試發(fā)現(xiàn)軟件的缺陷，提高開發(fā)效率。

2）在PC機(jī)仿真測(cè)試通過的ZC軟件，無需進(jìn)行任何修改就可以移植到DS6-60平臺(tái)運(yùn)行。

把ZC仿真接入ZC開發(fā)測(cè)試環(huán)境，可以測(cè)試ZC軟件功能是否完備、穩(wěn)定。把運(yùn)行ZC應(yīng)用軟件的DS6-60平臺(tái)接入ZC開發(fā)測(cè)試環(huán)境，可以測(cè)試DS6-60平臺(tái)的性能是否滿足ZC的用戶需求。由于ZC應(yīng)用軟件層的“交叉比較和系間同步模塊”的核心是靠DS6-60平臺(tái)提供的API實(shí)現(xiàn)，因此在PC機(jī)上無法測(cè)試，必須在DS6-60平臺(tái)設(shè)備測(cè)試。經(jīng)過功能測(cè)試的ZC應(yīng)用軟件和經(jīng)過性能測(cè)試的DS6-60平臺(tái)設(shè)備即可構(gòu)建一套完整ZC子系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

本文介紹了如何在集成測(cè)試通用平臺(tái)構(gòu)建的專項(xiàng)測(cè)試環(huán)境中開發(fā)ZC應(yīng)用軟件層，對(duì)ZC應(yīng)用軟件層的模塊進(jìn)行描述，并闡述了如何構(gòu)成一套完整的ZC子系統(tǒng)。ZC應(yīng)用軟件層的功能完備性及ZC設(shè)備的性能還需要在今后的測(cè)試中進(jìn)行充分的確認(rèn)。

［1］郜春海.基于通信的軌道交通列車運(yùn)行控制系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2007（2）：7-10.

［2］安靜，王令群，吳汶麒.基于Turbo碼的CBTC系統(tǒng)安全信息傳輸研究［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2008，25（9）：264-268.

［3］蔣先進(jìn)，邢艷陽，肖培龍.城軌首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)線CBTC信號(hào)系統(tǒng) ［J］.鐵道通信信號(hào)，2007，43（9）：7-9.

This paper studies the zone controller subsystem in FZL300 CBTC system， including the developing and testing environment， the architecture of ZC application software and the functions of all modules. The ZC application software is implemented based on C language.

CBTC； ZC application software； DS6-60 safety platform

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.017

2014-10-11）