摘 要：為了研發(fā)更完善的牽引傳動系統(tǒng)，需要先開發(fā)軟件設計平臺，具備軟件開發(fā)平臺，可以對牽引傳動系統(tǒng)加以優(yōu)化?；诖?，本文先研究了軟件開發(fā)平臺設計，后提出了開發(fā)平臺的優(yōu)化。通過牽引傳動系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的研發(fā)，推動我國擁有自主知識產權傳動系統(tǒng)的設計，為高速動車組的應用提供基礎條件，為高速動車組運行提供保障。

關鍵詞：高速動車組；牽引傳動系統(tǒng)；軟件開發(fā)平臺

引言：在我國高速動車組中，牽引傳動系統(tǒng)是其中最關鍵的技術，是動力系統(tǒng)的重要構成，通過轉換單向交流電為三相交流電，讓驅動牽引系統(tǒng)的電機運行，制動工況下，讓牽引電機工作處于發(fā)電機狀態(tài)，節(jié)省了大量電能。因此，研究牽引傳動系統(tǒng)開發(fā)軟件平臺，有助于推動牽引傳動系統(tǒng)的完善，保證高速動車組的穩(wěn)定運行，并減少能源消耗。

一、高速動車組牽引傳動系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的設計

（一）開發(fā)平臺構成

開發(fā)平臺主要包括上位機開發(fā)環(huán)境以及下位機內核兩部分。上位機軟件開發(fā)使用功能圖連續(xù)編寫方式，連續(xù)功能作為一種圖形化編程語言，和功能塊圖的區(qū)別在于，可以展示隸屬資源以及任務，被工業(yè)控制工作中廣泛使用。應用軟件包括CFC文件，根據(jù)軟件功能對其劃分，方便于軟件進行調試以及維護。同時創(chuàng)建全局變量文件，用來對全局變量定義，全局變量包括時間類型、浮點類型、整型、字符串等多種。上位機軟件經(jīng)過編譯后形成代碼，在下位機中保存。

下位機使用x86CPU，使用QNX的操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)是搶占式硬實時操作系統(tǒng)，可以保障任務被實時調度[1]。下位機周期任務對上位機軟件進行運行，對功能塊進行分配調度。下位機內核使用實時時鐘硬件作為調度周期，基礎調度周期依據(jù)任務周期值，經(jīng)過信號量，讓阻塞狀態(tài)任務轉換到就緒狀態(tài)，保證實時進行任務。周期任務安排的優(yōu)先級別根據(jù)操作系統(tǒng)優(yōu)先級別實現(xiàn)，保證對周期任務進行合理安排，保證任務具有較小抖動。啟動下位機內核后，先應用軟件在內存中，解釋器需要解釋執(zhí)行應用程序。上位機對平臺代碼進行編譯并不包含功能塊，只包括實例執(zhí)行。下位機內核包含功能塊代碼，執(zhí)行實例時，根據(jù)實例類型跳轉代碼入口，對功能塊代碼進行執(zhí)行，從而實現(xiàn)特殊功能。

（二）生成及執(zhí)行代碼

連續(xù)功能圖作為一種變成語言，生成執(zhí)行代碼將其轉換成IL語言，作為國際網(wǎng)絡標準中一種特定編程原因，是一種匯編語言，由指令構成。每條指令占據(jù)一行，操作符和操作數(shù)構成指令。用于調用功能塊、連接器以及全局變量等，CFC文件轉換成IL語言，按照IL語言生成代碼。編譯器按照功能塊順序轉換，讀取變量并使用LD進行替代，給全局變量和連接器賦值使用ST替代，功能塊使用CAL指令替代，使用JMP指令跳轉，將CFC1轉變?yōu)镮L語言。

轉換語言后，編譯器展開語法和詞法分析，轉變?yōu)闊o關代碼。無關代碼同IL語言相近，將ST指令和LD質量依據(jù)操作數(shù)細分，執(zhí)行指令時獲得操作數(shù)數(shù)據(jù)。代碼包含程序數(shù)據(jù)、代碼段以及實例數(shù)據(jù)等，代碼段屬于可執(zhí)行代碼，包含轉換后代碼。解釋器讀取代碼操作數(shù)和操作符，進行執(zhí)行。功能塊實例包括數(shù)據(jù)段，數(shù)據(jù)段保存實例全部變量值以及連接器。

上位機進行編譯時，無法獲得全局變量和絕對地址，由于平臺代碼段的地址關聯(lián)操作數(shù)是地址在程序數(shù)據(jù)以及實例數(shù)據(jù)的偏移量。下位機執(zhí)行時要依據(jù)程序數(shù)據(jù)偏移量，獲得數(shù)據(jù)段變量以及連接器所歸屬的功能塊實例數(shù)據(jù)以及類型。依照功能塊實例數(shù)據(jù)地址和功能塊偏移，獲取變量值以及連接器值。調用功能塊和訪問變量類似，代碼保存CAL指令和功能塊偏移量，讀取數(shù)據(jù)段偏移量功能塊類型，通過查找功能塊程序獲得函數(shù)入口地址，從而對功能塊代碼進行執(zhí)行。經(jīng)過逐條解釋代碼完成執(zhí)行無關代碼。CFC應用程序給出多任務順序，設定執(zhí)行順序是先CFC1、CFC2，執(zhí)行調度周期時，再執(zhí)行全部功能模塊。

（三）監(jiān)視調試功能

完成軟件編寫后，要先經(jīng)過測試和調試之后才能正式使用。測試功能塊代碼是經(jīng)過平臺開發(fā)環(huán)境進行。應用程序測試和調試要求完全正確的代碼。測試應用程序還需要。要強制設置變量值和連接器值，對變量和連接器展開全局觀察，要求在線讀寫連接器和變量。上位機保存全局變量和連接器CFC，數(shù)據(jù)段上出現(xiàn)偏移量上位機將信息傳遞給下位機。下位機內核審查需要讀寫絕對地址，讀寫結果使用以太網(wǎng)對上位機進行實時傳輸，完成測試調試軟件工作。

二、高速動車組牽引傳動系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的優(yōu)化

優(yōu)化數(shù)據(jù)傳遞效果，在輸出連接器向輸入連接器傳遞數(shù)據(jù)時，解釋器使用ST指令和LD指令實現(xiàn)，經(jīng)過LD指令執(zhí)行讀取連接器數(shù)值，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)段得到基地址以及偏移量，并在累加器上保存[2]。執(zhí)行ST指令，加工數(shù)據(jù)段基地址和偏移量寫入累加器和輸入連接器絕對地址，保證數(shù)據(jù)完整傳遞。傳遞數(shù)據(jù)要求解釋器可以多次讀取數(shù)據(jù)和代碼段。為了讓效率得到提升，需要將數(shù)據(jù)指令翻譯成TDD指令。執(zhí)行程序前先使用偏移量計算獲得絕對地址，經(jīng)過TDD指令，將數(shù)據(jù)從源地址傳遞給目標地址。TDD指令為無關代碼，要經(jīng)過解釋器實現(xiàn)解釋執(zhí)行，進而將TDD指令在內存中儲存，將指令翻譯到機器碼之后，執(zhí)行代碼，跳轉到代碼入口地址即可。

和傳遞數(shù)據(jù)類似，優(yōu)化功能塊函數(shù)要使用同等方法，調用功能塊執(zhí)行時向讀取代碼指令，查找功能塊保存，根據(jù)功能塊類型找到功能塊函數(shù)入口地址，跳轉函數(shù)入口地址。執(zhí)行程序前，向使用上述方法，計算出功能塊函數(shù)入口地址，使用C指令，調用函數(shù)。進一步翻譯C指令為機器碼。

結論：綜上所述，本文提出研發(fā)牽引傳動系統(tǒng)的軟件開發(fā)平臺，通過軟件開發(fā)平臺的設計和優(yōu)化，建設一套完善有序的軟件開發(fā)平臺，為傳動系統(tǒng)的開發(fā)和完善提供基礎。針對平臺代碼執(zhí)行提出將無關代碼轉變?yōu)橛嘘P代碼，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳遞、調用函數(shù)以及執(zhí)行代碼方式，讓代碼執(zhí)行效率得到提升。通過對平臺的優(yōu)化，有效提升代碼執(zhí)行效率，為牽引傳動系統(tǒng)的開發(fā)以及調試提供平臺支持。

參考文獻：

[1]李英，侯紅學，王鐵成，等.高速動車組用大功率牽引集成單元的地面性能試驗研究[J].鐵道機車與動車，2018（07）：40-42+44+8.

[2]田子思. 基于任務剖面的高速動車組牽引變流器功率器件壽命評估[D].西南交通大學，2018.

作者簡介：

周培慧（1983-），男，漢族，湖南株洲人，本科，助理工程師，研究方向：現(xiàn)從事軟件開發(fā)方面的工作.