梅櫻

（中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，北京100081）

列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（Train Control and Management System，TCMS）是現(xiàn)代化智能列車的中樞控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對列車牽引、制動、輔助、空調(diào)、車門等幾乎所有智能電氣設(shè)備的綜合協(xié)同管理控制，同時還承擔(dān)對列車的監(jiān)視、診斷及故障導(dǎo)向安全等任務(wù)[1]。

TCMS是一個涉及多個子系統(tǒng)的復(fù)雜綜合系統(tǒng)[2]，其控制軟件的開發(fā)和驗證是整個TCMS系統(tǒng)的核心工作，直接影響了其可用性和可靠性。由于開發(fā)與測試驗證分屬于軟件生命周期的不同階段，由不同人員獨立執(zhí)行，因此目前國內(nèi)外針對TCMS系統(tǒng)的開發(fā)[3]和驗證[4]均采用了不同的平臺。然而不同的平臺帶來了很多附加工作，如TCMS集成商需要不同人員維護(hù)2個或多個平臺、從開發(fā)到驗證需要協(xié)調(diào)管理不同平臺間復(fù)雜的接口等等。而這些附加工作最終也導(dǎo)致了TCMS系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)成本高、開發(fā)和驗證周期長、維護(hù)困難等問題。

文中將研究列車TCMS一體化軟件開發(fā)及驗證平臺，使TCMS軟件的開發(fā)和驗證能在同一平臺上實現(xiàn)。

1 軟件開發(fā)及驗證平臺一體化實現(xiàn)策略研究

列車TCMS軟件開發(fā)平臺及驗證平臺一體化可定義為：在同一平臺上既能開發(fā)TCMS應(yīng)用軟件，同時也能開發(fā)對應(yīng)用軟件進(jìn)行驗證的仿真測試軟件。實現(xiàn)列車TCMS軟件開發(fā)平臺及驗證平臺的一體化可以通過以下兩種策略：

1）以已有的TCMS軟件開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，在其之上開發(fā)仿真驗證功能。

2）以已有的仿真及驗證軟件為基礎(chǔ)，在其之上實現(xiàn)TCMS軟件開發(fā)功能。

1.1 策略1分析

TCMS是一個大型、復(fù)雜、高度集成化的系統(tǒng)，其軟件涉及對幾乎整個列車電氣設(shè)備的管理及邏輯控制。因此采用一種可視化、模塊化的編程方式[5]對系統(tǒng)的應(yīng)用軟件進(jìn)行開發(fā)，是對TCMS進(jìn)行安全、可靠、高效集成的重要保證。

目前國際上幾乎所有TCMS集成商，均具有自主的滿足IEC61131-3[6]標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)平臺，如西門子的SIBAS G平臺[7]、龐巴迪的MITRAC平臺等，此外還有一些商業(yè)化的模塊化編程的平臺，如CoDeSys[8]、ISaGRAF[9]等。但這些開發(fā)平臺都具有如下特點：由于專業(yè)性導(dǎo)致其可選范圍小、平臺內(nèi)部高度封裝而無法改變平臺的執(zhí)行行為、無法獲取接口信息而導(dǎo)致很難實現(xiàn)平臺的二次開發(fā)等。

因此，在已有的TCMS軟件開發(fā)平臺或滿足IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)平臺上開發(fā)仿真驗證功能將十分困難。

1.2 策略2分析

目前，很多商業(yè)化的成熟仿真軟件，如matlab[10]等，它們大部分都具有：支持模塊化編程、外部接口開放、以及支持源碼生成等特點。

在這些平臺上，用戶能夠針對不同的硬件平臺和不同專業(yè)的特殊需求進(jìn)行驅(qū)動或服務(wù)的二次開發(fā)。同時由于軟件支持源碼生成功能，使用戶將開發(fā)的應(yīng)用部署到不同的嵌入式操作系統(tǒng)或硬件平臺上成為可能。

1.3 研究策略

文中將采用策略2對列車TCMS一體化軟件開發(fā)及驗證平臺進(jìn)行研究：首先選取一款適合進(jìn)行TCMS系統(tǒng)測試驗證的仿真軟件；然后在此軟件基礎(chǔ)上研究實現(xiàn)其作為TCMS軟件開發(fā)平臺所需的功能；同時研究實現(xiàn)此軟件作為TCMS軟件驗證平臺所需的功能；最后對上述研究的軟件開發(fā)平臺及驗證平臺的一體化實現(xiàn)進(jìn)行了研究。

2 列車TCMS軟件開發(fā)平臺研究

2.1 列車TCMS軟件開發(fā)平臺需求

文中選擇了一款商業(yè)化仿真軟件，該軟件可支持IEC61131-3的所有編程語言、支持低壓電氣圖及各類編程語言程序的仿真等。由于所選取的仿真軟件為通用軟件，不具備作為TCMS應(yīng)用軟件開發(fā)平臺特性，因此需對該仿真軟件進(jìn)行二次開發(fā)，使其滿足對列車TCMS應(yīng)用軟件開發(fā)的特殊需求。

圖1 列車TCMS軟件開發(fā)平臺功能

圖1列出了需對仿真軟件進(jìn)行二次開發(fā)的內(nèi)容：

功能庫：仿真軟件本身可為用戶提供模塊化編程環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用程序的編寫，但是其本身缺少適用于搭建TCMS應(yīng)用控制程序的功能模塊，因此需要在仿真軟件中建立所需的基本功能模塊庫，如算法庫、控制庫、邏輯庫、通信庫等；

驅(qū)動：仿真軟件本身并不具備任何硬件驅(qū)動，為使在本平臺上開發(fā)的TCMS應(yīng)用軟件運行于目標(biāo)機(jī)設(shè)備，需針對不同的硬件和功能開發(fā)相關(guān)驅(qū)動，其中包括通信驅(qū)動[11]、硬件驅(qū)動和診斷驅(qū)動[12]。通信驅(qū)動是針對列車總線[13]通信網(wǎng)卡的驅(qū)動，實現(xiàn)列車總線通信功能，是整個TCMS系統(tǒng)的核心功能；硬件驅(qū)動是針對目標(biāo)機(jī)本地硬件的驅(qū)動控制，如電源管理、硬件保護(hù)、數(shù)字量輸入采集、數(shù)字量輸出控制等；診斷驅(qū)動是針對TCMS故障存儲及維護(hù)需求實現(xiàn)的功能。

服務(wù)：仿真軟件本身并不具備任何目標(biāo)機(jī)服務(wù)，因此需根據(jù)TCMS系統(tǒng)特點開發(fā)相關(guān)功能，其中包括調(diào)度服務(wù)和人機(jī)接口服務(wù)。調(diào)度服務(wù)是針對系統(tǒng)應(yīng)用、驅(qū)動等任務(wù)的調(diào)度管理和運行監(jiān)控服務(wù)，是TCMS系統(tǒng)正確運行的重要保障；人機(jī)接口服務(wù)是目標(biāo)機(jī)與上層PC間交互的服務(wù)功能，主要滿足TCMS的調(diào)試、維護(hù)需求。

插件工具：仿真軟件本身不具備變量屬性管理、目標(biāo)機(jī)代碼編譯下載等功能，為使仿真軟件成為產(chǎn)品化的開發(fā)平臺，需對其開發(fā)相應(yīng)功能的完整工具鏈，主要包括變量管理工具、配置工具、編譯工具和監(jiān)控工具。變量管理工具通過仿真軟件的外部接口文件，將應(yīng)用程序變量與通信及硬件相關(guān)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)；配置工具向用戶提供TCMS診斷配置接口；編譯工具將應(yīng)用、驅(qū)動、服務(wù)等源碼按照配置編譯生成系統(tǒng)可執(zhí)行文件；監(jiān)控工具通過與開發(fā)的人機(jī)接口服務(wù)相配合，實現(xiàn)行變量監(jiān)控、程序下載，診斷分析等在線調(diào)試功能。

插件工具是仿真軟件和二次開發(fā)的驅(qū)動、服務(wù)等軟件之間的橋梁。它利用仿真軟件的外部接口文件和用戶配置文件，將在仿真軟件中開發(fā)應(yīng)用程序中的變量數(shù)據(jù)與驅(qū)動、服務(wù)軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行交互管理，達(dá)到應(yīng)用程序與底層驅(qū)動和服務(wù)軟件間的數(shù)據(jù)相融合和無縫連接。從而使仿真軟件成為一個具有完整工具鏈的、能滿足列車TCMS特定需求的軟件開發(fā)平臺。

2.2 列車TCMS軟件開發(fā)平臺軟件結(jié)構(gòu)

列車TCMS軟件開發(fā)平臺（以下簡稱：開發(fā)平臺）的實現(xiàn)，需要驅(qū)動、服務(wù)等軟件通過插件工具與原仿真軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)接口。因此，本文采用了分層方法對開發(fā)平臺軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，如圖2所示。

圖2 列車TCMS軟件開發(fā)平臺軟件結(jié)構(gòu)

按照各層次間的數(shù)據(jù)接口關(guān)系，本文將開發(fā)平臺軟件按從上到下分為三層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、操作系統(tǒng)層、硬件/功能驅(qū)動層和操作系統(tǒng)層。

應(yīng)用層為軟件結(jié)構(gòu)頂層，可針對不同TCMS項目需求搭建相關(guān)邏輯控制功能，如牽引邏輯控制、制動邏輯控制、門邏輯控制、空調(diào)邏輯控制、自動導(dǎo)向安全邏輯等。硬件/功能驅(qū)動層為軟件結(jié)構(gòu)中間層，可根據(jù)項目配置文件自動生成TCMS硬件/功能驅(qū)動，如通信驅(qū)動、硬件控制驅(qū)動、診斷存儲驅(qū)動、系統(tǒng)調(diào)度、系統(tǒng)服務(wù)等。操作系統(tǒng)層為軟件結(jié)構(gòu)底層，為開發(fā)平臺提供了操作系統(tǒng)的底層服務(wù)，同時提供了嵌入式操作系統(tǒng)的底層板級支持包BSP，是整個開發(fā)平臺與硬件接口的底層支持軟件。

硬件/功能驅(qū)動層中的數(shù)據(jù)交互管理接口是開發(fā)平臺的關(guān)鍵核心，它將應(yīng)用與驅(qū)動的接口數(shù)據(jù)通過地址方式進(jìn)行映射，從而實現(xiàn)應(yīng)用與驅(qū)動間的數(shù)據(jù)交互。同時，驅(qū)動亦通過操作系統(tǒng)層對相應(yīng)的目標(biāo)機(jī)板卡或介質(zhì)等硬件進(jìn)行直接操作，從而完成對硬件的控制，達(dá)到開發(fā)平臺軟/硬件系統(tǒng)的結(jié)合。

圖3 列車TCMS軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)

2.3 列車TCMS軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)

本研究的列車TCMS軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)機(jī)制如圖3所示。

由于開發(fā)平臺并不針對特定的目標(biāo)機(jī)硬件，因此本文在平臺實現(xiàn)時設(shè)計了對硬件信息的處理方式：目標(biāo)機(jī)硬件信息輸入文件。如圖3所示，開發(fā)平臺輸入數(shù)據(jù)文件，文件以一定格式描述了目標(biāo)機(jī)硬件相關(guān)信息及列車總線數(shù)據(jù)相關(guān)信息。變量管理工具解析數(shù)據(jù)文件，并通過仿真軟件的外部接口文件，以一定規(guī)則，將應(yīng)用邏輯中變量與硬件及總線通信相關(guān)變量通過地址方式進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成變量相關(guān)配置文件。配置工具則根據(jù)應(yīng)用邏輯的診斷配置需求，生成診斷相關(guān)配置文件。因此，通過這些配置文件生成的通信、硬件、診斷等驅(qū)動，具有與應(yīng)用邏輯相關(guān)的數(shù)據(jù)及地址信息，通過目標(biāo)機(jī)的數(shù)據(jù)交互管理機(jī)制，完成與應(yīng)用任務(wù)的信息交互。

為使開發(fā)平臺能夠自動編譯生成目標(biāo)機(jī)可執(zhí)行代碼，本文在平臺實現(xiàn)時開發(fā)了編譯工具，其工作原理如下：編譯工具首先解析項目配置文件，并根據(jù)TCMS開發(fā)平臺驅(qū)動模板自動生成與配置文件相匹配的驅(qū)動源碼，然后編譯工具分別將由仿真軟件生成的應(yīng)用邏輯源碼和驅(qū)動源碼，編譯成為可運行于指定目標(biāo)機(jī)硬件和操作系統(tǒng)的可執(zhí)行代碼，下載到目標(biāo)機(jī)運行。

為使對目標(biāo)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控及維護(hù)，本文在平臺實現(xiàn)時開發(fā)了監(jiān)控工具及與之配套的目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)服務(wù)程序，如圖3所示。監(jiān)控工具運行于PC機(jī)，系統(tǒng)服務(wù)程序以進(jìn)程方式在目標(biāo)機(jī)上運行。系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)程不參與控制，只通過數(shù)據(jù)交互管理接口將系統(tǒng)變量、運行狀態(tài)、診斷數(shù)據(jù)等通過以太網(wǎng)發(fā)送給監(jiān)控工具進(jìn)行分析。

TCMS系統(tǒng)的應(yīng)用邏輯會根據(jù)項目需求配置為不同任務(wù)，主要包括周期類任務(wù)、中斷類任務(wù)等。因此本文在平臺實現(xiàn)時針對TCMS各類任務(wù)執(zhí)行特點開發(fā)了調(diào)度服務(wù)。調(diào)度服務(wù)以任務(wù)進(jìn)程方式對所有任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，如圖3所示任務(wù)1～任務(wù)n。調(diào)度服務(wù)包括了：調(diào)度前任務(wù)完整性檢查、任務(wù)啟動順序管理、周期類任務(wù)超時管理等等。通過調(diào)度服務(wù)及相關(guān)機(jī)制保證應(yīng)用任務(wù)運行的實時性和可靠性。

驅(qū)動在目標(biāo)機(jī)中以進(jìn)程方式運行，包括了通信驅(qū)動進(jìn)程、硬件驅(qū)動進(jìn)程、診斷驅(qū)動進(jìn)程等。如圖3所示，驅(qū)動進(jìn)程與應(yīng)用邏輯任務(wù)進(jìn)程間通過數(shù)據(jù)交互管理接口交互數(shù)據(jù)。驅(qū)動進(jìn)程通過數(shù)據(jù)交互管理接口采集應(yīng)用任務(wù)進(jìn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行驅(qū)動處理，并將處理數(shù)據(jù)發(fā)送到硬件或列車總線上對TCMS系統(tǒng)進(jìn)行控制；同時驅(qū)動進(jìn)程采集TCMS系統(tǒng)硬件及列車總線數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)交互管理接口將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到應(yīng)用任務(wù)進(jìn)程，實現(xiàn)應(yīng)用邏輯控制。

通過上述對工具、調(diào)度、驅(qū)動及數(shù)據(jù)交互管理機(jī)制等內(nèi)容的開發(fā)，使所選用仿真軟件成為了一個具有完整工具鏈的、能滿足列車TCMS特定需求的軟件開發(fā)平臺。本開發(fā)平臺只需通過改變輸入數(shù)據(jù)文件的相關(guān)描述，即可針對不同的目標(biāo)機(jī)硬件，自動生成硬件、通信和診斷相關(guān)的驅(qū)動，因此具有很好的易用性和適用性。

3 TCMS驗證平臺研究

列車TCMS驗證平臺（以下簡稱：驗證平臺）是為TCMS系統(tǒng)功能測試提供搭建仿真模型環(huán)境的軟件平臺。通過驗證平臺可搭建列車控制模型，模擬列車實際運行工況，因此在地面即可完成對TCMS相關(guān)功能的驗證的工作，如列車網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的驗證、TCMS邏輯控制算法的驗證、TCMS系統(tǒng)性能的驗證和故障診斷策略的驗證等等，從而大大降低系統(tǒng)調(diào)試和驗證的成本和周期，增加系統(tǒng)可靠性。

為達(dá)到列車TCMS軟件開發(fā)和驗證平臺的一體化，兩平臺需采用統(tǒng)一的軟件作為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，因此針對TCMS驗證平臺的開發(fā)本文也采用了本文開發(fā)平臺所選取的仿真軟件進(jìn)行研究。

3.1 TCMS驗證平臺仿真模型研究

TCMS主控系統(tǒng)主要與列車上具有總線接口的電氣系統(tǒng)通信，并對這些系統(tǒng)進(jìn)行整車管理控制。因此，為了模擬TCMS實際運行工況及相關(guān)環(huán)境，需要對列車主要控制系統(tǒng)及其相關(guān)的列車控制電路按照實際功能進(jìn)行仿真建模，如圖4所示。

圖4 TCMS驗證平臺仿真軟件構(gòu)架

一般TCMS驗證仿真軟件[14]采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖4所示，按照列車控制系統(tǒng)將模型劃分為子系統(tǒng)1～子系統(tǒng)n等模塊，主要包括：TCMS中央控制、牽引、制動、高壓、輔助、門、空調(diào)等。這種模塊化的設(shè)計既有利于仿真過程中各個子系統(tǒng)的仿真模型的協(xié)同開發(fā)，分系統(tǒng)調(diào)試測試，也便于快速實現(xiàn)仿真模塊的裁剪。

子系統(tǒng)模型由2部分組成：子系統(tǒng)的控制模型、與子系統(tǒng)相關(guān)的控制電路模型。在本文研究的驗證平臺中，采用C、ST及FBD等語言搭建控制模型，用于描述控制邏輯、性能及接口；采用低壓電氣圖搭建車輛電路模型，用于描述與子系統(tǒng)相關(guān)的車輛電路的開關(guān)、設(shè)備、連線、性能、行為及接口。

各個子系統(tǒng)的仿真模型，與其他子系統(tǒng)模型具有2類接口：通過列車總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接口、通過輸入輸出控制的硬線數(shù)據(jù)接口。在驗證平臺中，所有子系統(tǒng)的列車總線數(shù)據(jù)和硬線數(shù)據(jù)，分別通過列車數(shù)據(jù)管理和硬線數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一維護(hù)。通過2個數(shù)據(jù)庫，各子系統(tǒng)模型間的控制或反饋信號可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，使各子系統(tǒng)的仿真性能相互作用，從而實現(xiàn)對列車實際工況的模擬，達(dá)到可對TCMS進(jìn)行驗證的目的。

3.2 TCMS驗證平臺實現(xiàn)

在TCMS驗證平臺中，各個受控子系統(tǒng)的功能均在仿真軟件中實現(xiàn)，當(dāng)驗證TCMS中央控制功能時，TCMS應(yīng)用軟件將在TCMS主控設(shè)備中運行，其他子系統(tǒng)將運行于1個或多個仿真工控機(jī)中，那么TCMS主控設(shè)備與子系統(tǒng)仿真模型之間需要通過列車總線和部分硬線，才能實現(xiàn)對列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的驗證。如圖5所示。

圖5 列車TCMS軟件驗證平臺驅(qū)動開發(fā)

在列車TCMS軟件驗證平臺中開發(fā)的各子系統(tǒng)仿真模型將部署到工控機(jī)中，驗證平臺中的配置管理機(jī)將列車數(shù)據(jù)管理和硬線數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)庫，生成工控機(jī)的數(shù)據(jù)管理中心，管理該子系統(tǒng)的仿真模型的相關(guān)接口。由于仿真工控機(jī)需要通過列車總線和部分硬線與TCMS主控設(shè)備交互數(shù)據(jù)，而本文選取的仿真軟件作為通用仿真軟件，自身并沒有具備相關(guān)接口，因此需進(jìn)行二次開發(fā)實現(xiàn)相關(guān)驅(qū)動。如圖5所示，除列車總線驅(qū)動已在開發(fā)平臺中實現(xiàn)外，還需要針對驗證平臺開發(fā)硬線接口服務(wù)。

針對仿真工控機(jī)與TCMS主控設(shè)備及列車輸入輸出設(shè)備間的硬線交互問題，本文采用了與PLC電氣柜連接方式解決，即仿真系統(tǒng)和控制電氣硬線之間的輸入輸出信號轉(zhuǎn)換通過PLC站完成。

由于PLC與TCMS仿真驗證系統(tǒng)之間的接口信號眾多，文中選用OPC[15]（Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control）通訊方式解決了在仿真模型的數(shù)據(jù)管理中心與PLC輸入輸出通道間高效、方便地建立對應(yīng)關(guān)系的問題。OPC對通訊和信息管理進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，而無需處理特定協(xié)議的尋址問題，OPC客戶端可以通過一個標(biāo)準(zhǔn)、開放的多供應(yīng)商接口，與OPC服務(wù)器進(jìn)行通訊。

因此，文中利用PLC內(nèi)置軟件建立了OPC服務(wù)器[16]，仿真系統(tǒng)運行的工控機(jī)作為OPC客戶端，在工控機(jī)中完成仿真信號與PLC通道間對應(yīng)關(guān)系的配置管理。仿真系統(tǒng)運行時，工控機(jī)中的OPC客戶端從數(shù)據(jù)控制中心讀取仿真數(shù)據(jù)，并通過一個標(biāo)準(zhǔn)化的COM/DOM接口發(fā)送請求給OPC服務(wù)器，控制PLC通道輸出；或者OPC客戶端通過標(biāo)準(zhǔn)化的COM/DOM接口[17]發(fā)送請求給OPC服務(wù)器，采集PLC通道輸入，并將采集數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)控制中心用于仿真，從而實現(xiàn)仿真系統(tǒng)對PLC[18-19]電氣柜的控制。

4 列車TCMS軟件及驗證平臺一體化實現(xiàn)

通過對選取的通用仿真軟件進(jìn)行二次開發(fā)，使本文研究的平臺不僅可以作為開發(fā)平臺對TCMS應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，同時也可作為驗證平臺對TCMS仿真驗證系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

圖6 列車TCMS軟件開發(fā)及驗證平臺一體化實現(xiàn)

如圖6所示，在研究的TCMS一體化軟件開發(fā)及驗證平臺（以下簡稱：一體化平臺）上，可同時開發(fā)TCMS應(yīng)用控制邏輯及TCMS仿真驗證模型，并通過任務(wù)部署方式，將控制邏輯應(yīng)用和仿真驗證模型部署到不同目標(biāo)機(jī)上。

一體化不僅體現(xiàn)在可同時工作在同一平臺上，同時體現(xiàn)在開發(fā)和驗證工作的可交互性。在一體化平臺中可同時開發(fā)應(yīng)用邏輯程序及與之對應(yīng)的仿真驗證模型，并共用統(tǒng)一的變量。當(dāng)不同任務(wù)部署到不同目標(biāo)機(jī)上時，各任務(wù)間通過統(tǒng)一生成的數(shù)據(jù)管理接口及各自驅(qū)動實現(xiàn)實際的數(shù)據(jù)交互，同時完成TCMS開發(fā)和驗證工作。

如圖6所示，以變量s和變量r為例，變量s為TCMS應(yīng)用邏輯中需要輸出的信號，變量r為TCMS應(yīng)用邏輯中需要輸入的信號，這些信號可以為列車總線、以太網(wǎng)和硬線等信號等。在開發(fā)階段，變量s和變量r分別為應(yīng)用邏輯的輸出和輸入變量，在同一軟件層次中，變量s和變量r分別為仿真驗證模型的輸入和輸出變量。在一體化平臺上，應(yīng)用控制邏輯和仿真驗證模型間對變量s和變量r具有實際連線進(jìn)行連接，從而保證系統(tǒng)的一致性和完整性。

當(dāng)應(yīng)用邏輯程序和仿真驗證模型開發(fā)完成，在一體化平臺中，將其部署到不同目標(biāo)機(jī)后，由一體化平臺的數(shù)據(jù)接口管理機(jī)制，對不同目標(biāo)機(jī)的接口統(tǒng)一管理。此時，變量s和變量r在數(shù)據(jù)接口管理中存在相匹配的2份管理接口文件。2份數(shù)據(jù)文件不同在于：變量輸入輸出方向不同，變量s和變量r分別為應(yīng)用邏輯的輸出和輸入，同時為仿真驗證模型的輸入和輸出；同時接口變量（如變量s）在應(yīng)用邏輯和仿真模型程序中的變量地址不同。而2份數(shù)據(jù)文件相同之處在于：對于列車總線通信或硬件信號的描述一致，包括變量在車總線的端口、硬件端口、偏移、變量類型等，這也是最終2個目標(biāo)機(jī)能進(jìn)行通信或數(shù)據(jù)交互的本質(zhì)。

數(shù)據(jù)接口管理由此分別生成應(yīng)用邏輯和仿真模型相關(guān)的接口配置文件。應(yīng)用邏輯程序結(jié)合本文開發(fā)平臺研究的二次開發(fā)驅(qū)動、工具，使用接口配置文件，自動生成TCMS應(yīng)用邏輯功能軟件，并下載到TCMS主控設(shè)備中運行，完成TCMS邏輯控制功能；而仿真驗證模型采用本文驗證平臺研究的建模方法及驅(qū)動，使用配置文件，生成TCMS仿真模型軟件，并下載到仿真工控機(jī)設(shè)備中運行，完成TCMS仿真驗證功能。

上述過程中對變量s和變量r的接口控制驅(qū)動也自動生成，如圖6所示。系統(tǒng)最終運行時，TCMS主控設(shè)備根據(jù)應(yīng)用邏輯算法輸出控制信號s，仿真工控機(jī)通過實際連接線路（列車總線、以太網(wǎng)、硬線）接收該信號，并用于仿真功能運行；當(dāng)仿真模型輸出系統(tǒng)信號r，TCMS主控設(shè)備通過實際連接線路（列車總線、以太網(wǎng)、硬線）接收該信號，并用于應(yīng)用邏輯運算。

5 結(jié)論

本文研究的列車一體化軟件開發(fā)及驗證平臺目前已在包括某型動車組在內(nèi)的多個實際項目中成功應(yīng)用。其中某型動車組項目在本文研究的一體化平臺上開發(fā)了TCMS應(yīng)用邏輯和仿真驗證模型，實現(xiàn)了完成對該型動車組從開發(fā)到驗證的一體化設(shè)計。對TCMS系統(tǒng)驗證的過程中，針對TCMS各控制邏輯及系統(tǒng)功能進(jìn)行了逐項詳細(xì)測試，測試結(jié)果表明采用本文研制的一體化平臺所開發(fā)的動車組TCMS系統(tǒng)能夠按照既定功能穩(wěn)定的運行，證明了本平臺的可用性和正確性。

本文研究的列車TCMS一體化軟件開發(fā)及驗證平臺，首次將TCMS的應(yīng)用邏輯的開發(fā)和仿真驗證模型建立融合到同一平臺中，并為TCMS集成設(shè)計提供了可視化、模塊化的開發(fā)環(huán)境和完整工具鏈，從而使TCMS系統(tǒng)集成商從傳統(tǒng)的需要維護(hù)不同開發(fā)和仿真軟件、接口一致性維護(hù)、開發(fā)及驗證階段文件系統(tǒng)管理等復(fù)雜繁重的工作中解脫出來，只需專心于設(shè)計階段的TCMS應(yīng)用邏輯和驗證階段的仿真模型開發(fā)。

列車TCMS一體化軟件開發(fā)及驗證平臺的使用大大縮短了TCMS系統(tǒng)開發(fā)和驗證周期、節(jié)約大量開發(fā)和維護(hù)成本、提高了系統(tǒng)可靠性，適合在軌道交通領(lǐng)域廣泛推廣，具有很好的發(fā)展前景。

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