内存发射卡在接触网检测中的应用

陈国辉 上海铁路局科研所

1 引言

伴随机器视觉理论和技术日臻成熟，国外已经出现了应用机器视觉原理研制的非接触式接触线磨损动态检测系统。上海铁路局的《非接触式接触线磨损动态检测系统》作为部科技开发重点项目，完全摒弃了机械运动部件，提高了接触线磨损、导高、拉出值、硬点等参数的检测精度，在接触网不停电、不占用天窗、不打乱复杂的运输秩序的情况下，可检测接触线磨损、硬点、偏磨、导高、拉出值等相关连续数据。提供接触线使用状态的评估、预测、预警、决策支持，以科学地确定接触线状态修周期。该系统已经在时速300 km的铁科院动检车上安装使用，由于车速高，对数据采集的实时性也就更高。

接触网检测系统中需要实时地传输、操作和分析数据，并在此基础上作出相应的控制，反射内存卡实时网络技术是该系统采用的技术之一。相对于以往基于TCP/IP或UDP/IP实时网络技术来说，它极大地提高了系统实时通讯、数据反射和信号调试的能力，使分布式仿真系统结构的设计及实现更为简单。

2 通讯原理及实时网络的构建

反射内存可广泛用于各种领域，例如实时的飞行仿真器、高速铁路接触网检测、高速过程控制（轧钢厂和制铝厂）、高速测试和测量以及军事系统。与传统的连接方法相比，RFM产品的网络提供了性价比极为优越的高性能的选择。

2.1 反射内存的优点

（1）高速的、基于2.12G波特率的网络，最大传输速率可达174 Mbyte/s；

（2）简单易用；

（3）与操作系统和处理器无关；

（4）彻底省去软件开发开销和周期；

（5）可以实现实时连接的稳定的数据传输；

（6）可以与通用的计算机和总线连接；

（7）比标准通信和技术更为优越；

（8）极短的数据传输延迟；

（9）简单的软件，较低的管理费用和较高的抗干扰能力；（10）节点间距离可达10 km（单模）/300 m（多模）。

2.2 反射内存实时网的特点

反射内存是一种通过局域网在互连的计算机间提供高效的数据传输的技术，强实时网络设计人员已经越来越多地采用这种技术。反射内存实时局域网的概念十分简单，就是设计一种网络内存板，在分布系统中实现内存至内存的通信，并且没有软件开销。每台结点机上插一块反射内存卡，卡上带有双口内存，各层软件既可以读也可以写这些内存。反射内存具有以下主要特点：

（1）性能

①高速度、低延迟的数据传输；

②具有高度确定性的数据传输，可用于苛刻的实时通讯。

（2）简洁性

它只是内存-用它进行读取和写入。

①每个网络都有其自己的数据局部备份；

②在本地RAM中执行写入操作，然后自动传播至网络其它所有节点；

③读取访问数据的局部备份，其会映射网络上的其它局部备份。

（3）灵活性

①极大地降低软件开发时间和成本；

②可连接到不相似的计算机和总线结构；

③易于使用的软件，低维护费用；

④网络节点之间小大不等的间距；

⑤无论是何种处理器类型或操作系统，均可实现数据共享。

2.3 基于反射内存实时网的实现机制

使用反射内存网络只需要简单的几个步骤。

（1）将反射内存插入任何可用的背板插槽或通过VME、PCI、PCIe或PMC连接到总线；

（2）安装驱动程序；

（3）写入内存(全局存储器就像是计算机的标准RAM)；（4）读取内存(从网络上的反射内存板)。

2.4 网络的构建

实时网络现行的网络拓扑结构主要有环型、星型结构等几种结构。一般来说，环形结构组网简单。下面以三个节点为例，简单说明环形结构组网过程。三个节点需要三块RFM卡及3根单股光纤。首先进行统一编址，分别为节点0、节点1、节点2，并将其插入到对应的计算机中。将节点0的反射内存卡的RX端与将节点1的反射内存卡的TX端连接，同时将节点1的RX端与T节点2的TX端连接，节点2的RX与节点0的TX连接，如图1所示。

图1 节点连接图

3 VC++下反射内存网通信软件的实现(见图2、图3)

图2 400车里程校准模拟

图3 反射内存测试接收

(1)内存地址空间分配

实时网络系统的内存地址空间有限，所以每个节点计算机写入内存的数据需科学、合理和严格规划。地址空间分配是通过软件接口控制文件定义使用内存空间的数据变量地址，同类数据连续分配，以便其它节点可以用直接内存访问快速读取大量数据。如下进行数据初始化操作（VC++6.0下）：

(2)在VC++下的下的实时通讯协议

在实现实时通讯之前，要进行驱动安装与环境变量设置。之后，方可进行相关操作。在该实时系统中，采用VC环消息Message方式进行传递进行。首先是完成头文件加载与反射内存卡打开并使之处于使能状态，随后是等待触发。按照统一编址方式进行通讯协议设计，参考代码如下：

传输过程结束，关闭反射内存。

4 结束语

基于反射内存卡的实时网络系统已在非接触式接触网检测中应用。经验证，该系统具有通信实时性好，数据传输速度快，传输可靠性高的特点，满足实时数据需要，取得了良好的效果，是一种成熟、有效的方法。