卜云祥 黃巧亮 華明公

（1.江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 鎮(zhèn)江 212000）（2.常州今創(chuàng)集團(tuán) 常州 213011）

1 引言

國外塞拉門的發(fā)展已經(jīng)有多年歷史，國內(nèi)塞拉門的發(fā)展也有近 20年歷史［1～2］，自動化、智能化、高密封性［3～4］、高安全性與可靠性應(yīng)是高鐵塞拉門的發(fā)展趨勢，而塞拉門門控器的設(shè)計(jì)則成為重要設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。

本文基于OMAPL138芯片的門控器設(shè)計(jì)，是對現(xiàn)有塞拉門控制器采用兩個獨(dú)立核心板進(jìn)行控制所存在的占用空間大、硬件成本高、后期軟硬件維護(hù)難度大等缺陷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用TI公司的DSP+ARM雙核異構(gòu)處理器，有效解決了原設(shè)計(jì)存在的缺陷并提高了塞拉門控制的精確性和穩(wěn)?定性。

2 系統(tǒng)功能

塞拉門控制的具體功能要求如下。

1）數(shù)據(jù)采集。塞拉門控制器通過傳感器采集門的狀態(tài)信息，每個門對應(yīng)一個特定的ID，通過采集電路將采集到的門ID，開/關(guān)門按鈕指令信息、氣壓信息、速度值等，送入控制器的CPU芯片中進(jìn)行診斷處理。

2）狀態(tài)檢測。門控器核心板上處理器在判斷出當(dāng)前開門/關(guān)門/障礙物/故障狀態(tài)后，根據(jù)不同情況作出不同反饋動作。障礙物/故障類別主要有敏感膠條觸發(fā)、關(guān)門卡滯、開門受阻。開門受阻和關(guān)門卡滯情況，連續(xù)出現(xiàn)三次后，門停止開關(guān)門嘗試，停在當(dāng)前位置并向總控臺發(fā)送診斷信息。故障信息則包括網(wǎng)絡(luò)故障、氣壓故障、門鎖未鎖死/未打開故障、開到位/關(guān)到位檢測故障等。處理器需要對檢測過程中的診斷信息進(jìn)行存儲。

3）數(shù)據(jù)通信。處理器可與外界進(jìn)行通信，通信對象可以是其他門控器、或上位機(jī)。

3 硬件設(shè)計(jì)

為滿足塞拉門控制的功能要求，本設(shè)計(jì)的門控器核心硬件設(shè)計(jì)采用主從處理器模式，即主處理器（ARM核）主要用于對上位機(jī)通信及數(shù)據(jù)存儲；從處理器（DSP核）主要用于對采集來的車門狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷并對塞拉門驅(qū)動電機(jī)的控制。從處理器對車門狀態(tài)的診斷信息能傳輸給主處理器進(jìn)行存儲。

3.1 主處理器硬件設(shè)計(jì)

主處理器的硬件框圖如圖1所示。主處理器（ARM核）用于門控器之間數(shù)據(jù)通信、門控器與總控臺之間的以太網(wǎng)通信［5］、診斷信息的存儲處理及通信等。

NAND FLASH存儲模塊，NAND FLASH芯片選用S34ML01G1_04G1，用于存放主處理器運(yùn)行Linux系統(tǒng)所需文件系統(tǒng)、內(nèi)核文件、u-boot引導(dǎo)文件［6］。

DDR2共享存儲模塊，芯片選用MT47H64M16HR-25EITH，用于雙核芯片DSP核和ARM核間的診斷信息數(shù)據(jù)的共享存儲和讀寫。

串口模塊，主處理器通過UART2_RXD和UART2_TXD引腳連接UART接口，以便于連接上位機(jī)軟件進(jìn)行串口調(diào)試。

以太網(wǎng)通信模塊，主處理器通過RMII_RXD和RMII_TXD引腳連接以太網(wǎng)通信接口用于和總控臺進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

SD Card模塊，通過MMCSD0_DAT數(shù)據(jù)引腳與主處理器相連，主要用于芯片ARM端運(yùn)行的Linux系統(tǒng)的更新。

圖1 主處理器硬件框圖

3.2 從處理器硬件設(shè)計(jì)

從處理器（DSP核）用于對采集來的車門狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷。通過采樣，檢測到塞拉門出現(xiàn)故障時，能及時判斷發(fā)生的故障。故障分為A、B、C三級：A級，車門立刻停止動作，進(jìn)入釋放狀態(tài)，等待手動操作；B級：車門將繼續(xù)進(jìn)行開/關(guān)門嘗試；C級：不影響門運(yùn)行狀態(tài)。故障不論級別，均會通過雙核通信將診斷信息傳送到主處理器（ARM核）存儲，而正常運(yùn)行時開關(guān)門信息則不進(jìn)行診斷數(shù)據(jù)傳輸與存儲。從處理器還能實(shí)現(xiàn)對塞拉門驅(qū)動電機(jī)的控制［7］。該部分硬件框圖如圖2所示。

圖2 從處理器硬件框圖

從處理器通過ADC采樣引腳（Current1/2），連接外設(shè)系統(tǒng)的電流電壓采樣電路，用于對采集來的車門狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷。

從處理器通過eCAP口，與捕獲電路相連，使得從處理器具有故障診斷功能。

從處理器通過普通GPIO口接口，與門控器電路相連，實(shí)現(xiàn)對塞拉門主鎖、輔助鎖、報警裝置等硬件設(shè)備的控制，檢測到開/關(guān)門信號（GPIO）時能及時執(zhí)行開關(guān)門命令。

從處理器通過3路ePWM引腳連接電機(jī)驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)對塞拉門驅(qū)動電機(jī)的控制。電機(jī)采用無刷直流電機(jī)。

DDR2共享存儲模塊，用于雙核芯片DSP核和ARM核間對車門診斷信息數(shù)據(jù)的共享存儲和讀寫。

從處理器通過普通GPIO口與外圍設(shè)備蜂鳴器相連，用于對嚴(yán)重故障信息的報警發(fā)聲。

4 軟件設(shè)計(jì)

OMAPL138是DSP+ARM雙核異構(gòu)處理器［8］，在本設(shè)計(jì)中，ARM核選用Linux系統(tǒng)環(huán)境Ubuntu 12.04取代之前的裸機(jī)開發(fā)，該版本內(nèi)核支持OMAPL138的雙核通信所用到的SYSLINK組件。DSP核則選擇在Linux系統(tǒng)中安裝Code Composer Studio 5.5（CCS 5.5）作為開發(fā)平臺以降低后期軟件維護(hù)難度。

4.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，根據(jù)塞拉門控制器的功能需求以及雙核芯片的硬件特點(diǎn)，控制器軟件設(shè)計(jì)主要分為主處理器軟件設(shè)計(jì)和從處理器軟件設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總框圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程總圖

Syslink組件部分由主處理器進(jìn)行啟動并分配共享內(nèi)存空間［9～10］，依賴于主處理器啟動，從處理器啟動Syslink組件時只為從處理器本身分配雙核通信空間。

由于塞拉門故障信息反饋對實(shí)時性要求較高，故Syslink組件啟動［11］后，主處理器不進(jìn)行組件的注銷，Syslink組件隨門控器運(yùn)行而運(yùn)行，使得主從處理器一直處于雙核通信的同步連通狀態(tài)。從而保證了故障反饋的實(shí)時性，增加了塞拉門控制的可靠性和安全性。

4.2 主處理器軟件設(shè)計(jì)

Syslink中的處理器間通信協(xié)議（IPC Protocols）有很多類［12］，本設(shè)計(jì)綜合使用了多種組件和協(xié)議來傳輸診斷信息，共享內(nèi)存地址范圍為：0xc200 0000～0xc400 0000。Syslink 進(jìn) 程 創(chuàng) 建 函 數(shù) syslink_main（）包含兩步，程序如下：

在主處理中，啟動Syslink組件的啟動函數(shù)Syslink*dual_core_link_new（）處理流程如圖4所示。主要實(shí)現(xiàn)總圖中，分配ARM端地址空間、初始化Syslink組件、連接IPC接口部分的功能。

通過函數(shù)dual_core_link_start（）實(shí)現(xiàn)雙核間通信建立流程如圖5所示。主要實(shí)現(xiàn)總圖中，IPC通信啟動及連接部分的功能。

圖4 Syslink創(chuàng)建流程圖

圖5 Syslink啟動流程圖

通信的建立只能由主處理器發(fā)起，從處理器則在上電自動啟動Syslink組件后進(jìn)入等待狀態(tài)。

1）通過dual_core_link_new（）函數(shù)創(chuàng)建雙核通信進(jìn)程。

首先主處理器需要為Syslink組件分配一個連續(xù)的內(nèi)存空間以及為從處理器DSP分配一個存儲空間：

Syslink*dual_core_linkspace=（Syslink*）calloc（1，sizeof（Syslink））；

內(nèi)存空間分配完成后，調(diào)用Syslink啟動函數(shù)SysLink_setup（），初始化 Syslink組件，該函數(shù)為Syslink API接口函數(shù)，且必須在調(diào)用其他Syslink API函數(shù)之前調(diào)用。該函數(shù)調(diào)用時，若啟動失敗，則將錯誤信息存儲到指定文件夾“stderr”中，延時1ms后再次嘗試啟動，最多嘗試啟動100次?！皊tderr”存儲信息時，通過記錄信息條數(shù)stderr_msg_count來確定是否初始化失敗，若失敗，則門控器數(shù)碼管顯示故障代碼init_error_code。此時需要斷電后重新給門控器上電。

if（stderr_msg_count＞=100）｛Dig_display（init_error_code）；break；｝

調(diào)用Syslink API接口函數(shù)MultiProc_getId（）獲取從處理器ID（從處理器ID此后不可更改），然后返回Syslink組件分配到的內(nèi)存空間首地址。

2）通過函數(shù)dual_core_link_start（）實(shí)現(xiàn)雙核通信建立。

根據(jù)新建雙核進(jìn)程時獲得的從處理器ID：Processor_dsp_address，主處理器調(diào)用Syslink API接口函數(shù)Ipc_control（）函數(shù)，先后進(jìn)行加載、啟動雙核通信進(jìn)程：

status_load=Ipc_control（*Processor_dsp_address，0xBABE0000，NULL）；

if（status_load ＜ 0）｛return false；｝

0xBABE0000為IPC加載回調(diào)函數(shù)控制命令的ID，本段程序功能為發(fā)送加載雙核通信組件命令給從處理器，Ipc_control（）函數(shù)若通信加載成功則返回0，失敗返回負(fù)值，根據(jù)其返回值，從而判斷雙核間通信是否成功加載。

加載后需要發(fā)送啟動雙核通信組件命令給從處理器，啟動命令的判斷過程與加載命令的判斷過程相同，啟動命令名為Ipc_CONTROLCMD_STARTCALLBACK，啟 動 命 令 ID為0xBABE0001。

dual_core_link_start（）函數(shù)返回值為布爾型，根據(jù)返回值可判斷雙核通信是否啟動成功。若成功，則開始進(jìn)行雙核同步處理；若失敗，則報錯并在門控器數(shù)碼管顯示故障代碼后等待門控器核心板斷電重啟。

if（！ dual_core_link_start）｛Dig_display（start_error_code）；break；｝

雙核同步處理過程，首先使用進(jìn)程間信號量進(jìn)行初始化并占用線程，然后使用Syslink IPC協(xié)議中的Notify_registerEvent（）函數(shù)注冊雙核同步事件，最后解除進(jìn)程間信號量阻塞，實(shí)現(xiàn)雙核間通信同步。

主處理器在進(jìn)入同步等待狀態(tài)后，創(chuàng)建共享內(nèi)存，通過Syslink IPC協(xié)議中的NameServer通信協(xié)議上傳共享內(nèi)存地址到Syslink組件。創(chuàng)建共享內(nèi)存、設(shè)置共享內(nèi)存大小由函數(shù)SharedRegion_getH-eap（）、Memory_calloc（）完成，由于傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容較多，所以創(chuàng)建的共享內(nèi)存空間要取較大值，本設(shè)計(jì)取共享內(nèi)存空間大小為1M。

4.3 從處理器軟件設(shè)計(jì)

從處理器即DSP端啟動流程如圖3右側(cè)所示，Syslink組件的創(chuàng)建和初始化過程和主處理器相同，初始化Syslink組件后進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，DSP每隔1ms查詢一次IPC端口狀態(tài)。在收到主處理器端發(fā)送的Ipc_CONTROLCMD_LOADCALLBACK加載命令［13］后啟動IPC通信。在收到主處理器端Ipc_CONTROLCMD_STARTCALLBACK命令后，退出循環(huán)等待狀態(tài)，完成Syslink組件的創(chuàng)建和IPC通信連接［14］。

在雙核通信連接建立后，DSP開始進(jìn)入工作狀態(tài)，進(jìn)入車門診斷流程，DSP端診斷出故障信息時，獲取共享內(nèi)存地址，寫入診斷信息（車門ID、故障代碼、IO狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)信息、發(fā)生時間等）。其中，對敏感膠條的長時間觸發(fā)診斷流程圖如圖6所示，診斷功能為內(nèi)側(cè)敏感元件一直有效，報此故障。

根據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)要求，向共享內(nèi)存寫入故障信息主要由Message_store（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)。Dig_display（）函數(shù)為顯示函數(shù)，用于控制數(shù)碼管上故障代碼顯示。Timer_start（）函數(shù)用于啟動定時器，Timer_reset（）函數(shù)用于復(fù)位定時器。

在內(nèi)部敏感膠條被按下時，內(nèi)部敏感膠條信號置1，同時檢測定時器0的狀態(tài)若定時器未啟動則啟動定時器0。開始計(jì)時，若已啟動定時器0，則繼續(xù)計(jì)時；若計(jì)時未到60s，則繼續(xù)采集內(nèi)部敏感膠條信號：

若敏感膠條持續(xù)觸發(fā)且時間超過seted_time（60s）時，判定為已觸發(fā)此故障。通過Message_store（）函數(shù)對故障信息進(jìn)行記錄并存入共享內(nèi)存中，通過Dig_display（）函數(shù)在門控器上顯示故障代碼。從而實(shí)現(xiàn)了對內(nèi)部敏感膠條故障的診斷。

其余診斷流程與敏感膠條診斷流程類似，就不再贅述了。至此，塞拉門控制器的軟件設(shè)計(jì)全部完成。

圖6 敏感膠條故障診斷流程圖

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)基于OMAPL138的塞拉門控制器研究，減小了塞拉門控制器占用空間，通過SyslinkIPC雙核通信保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩裕?5～16］，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的精確性，降低了后期軟硬件維護(hù)難度，為開發(fā)提供了便利，并且在實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證了可行性。

接下來的研究中，將嘗試加入LCD顯示屏數(shù)據(jù)接口。由于目前進(jìn)行后期軟件維護(hù)時，需要攜帶電腦，數(shù)據(jù)線等設(shè)備，而在調(diào)試現(xiàn)場的操作空間并沒有那么大，現(xiàn)場維護(hù)有一定難度。使用LCD顯示屏可以使后期的軟件維護(hù)更加方便快速。