CTCS-3级列控车载记录下载器的软件设计

张友兵 马 麟 张国振 崔俊锋 王天娇

张友兵:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院 助理工程师 100073 北京

马 麟:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院 工程师 100073 北京

张国振:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院 工程师 100073 北京

崔俊锋:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院 工程师 100073 北京

王天娇:北京全路通信信号研究设计院有限公司运行控制研究设计院 工程师 100073 北京

在CTCS-3级列控系统中，当列车高速运行时，车载设备实时监控列车运行速度，保证列车运行安全。CTCS-3级列控车载设备包含CTCS-2级主机模块(C2CU)、车载安全计算机单元(ATPCU)、列车网管(TSG)、速度距离处理单元(SDP)等重要模块，通过这些模块的协同工作，保证车载设备能够实时监控列车运行。C2CU、ATPCU、TSG、SDP等车载设备模块在工作过程中，会产生大量的运行记录，如果深入分析这些运行记录，就可以定位车载设备发生故障的位置及类型，进而可以快速消除故障，提高车载设备可用性。

但是车载设备模块存储运行记录的空间有限，最多可以存储250条。如存储空间已满，则新记录将替换掉老记录，如果不能及时下载或转存，则将丢失除了最新的250条记录之外的所有运行记录。因此，急需开发记录下载器，用于在线实时监测车载设备模块产生的运行记录，下载并保存。

1 记录下载器工作原理

记录下载器是一个在线实时监测和保存车载设备运行记录的设备。它没有配备电源，通过窃电方式从车载设备模块获取能量，当车载设备模块上电，与其相连的记录下载器就自动进入工作状态，并实时监测车载设备模块的运行记录，自动下载车载设备模块产生的新记录，同时过滤掉老记录。记录下载器是一个通用设备，具有16MB的存储空间，可以保证至少存储10万条运行记录。可以自动下载CTCS-3级列控车载设备各个模块的运行记录，包括C2CU、ATPCU、TSG、SDP等重要模块。通过专用工具可以将存储的记录拷贝到电脑上，供分析使用。记录下载器还是一款安全性较高的实用工具，只用于下载，而不会干扰或影响车载设备模块的正常工作。

2 记录下载器软件结构

将记录下载器连接到车载设备模块上，循环执行接收数据、处理数据和存储数据流程，实现在线监测、下载和存储运行记录的功能。因此，记录下载器软件分为数据接收、数据处理和数据存储3个主要模块。

1．数据接收模块。通过中断方式接收来自车载设备模块的数据。每向车载设备模块发送一条命令，车载设备模块就回复一批数据。由于数据长度有限，因此可以设计一个定长的数组。同时，还要设计一个全局变量，用于记录来自车载设备模块的数据长度。

2．数据处理模块。将来自车载设备模块的数据进行处理，逐条提取记录，根据协议组帧并存储在记录下载器的FLASH中。同时，还需要识别出车载设备模块的提示信息，如果是继续下载，则向车载设备发送下载记录命令;如果提示记录下载完毕，则自动转入等待状态，等待一段时间后，再向车载模块发送下载命令，同时过滤已经下载过的运行记录。

3．数据存储模块。将数据处理模块提取出的运行记录存储在记录下载器的FLASH中。

3 记录下载器的在线状态转换

通过不同状态的相互转换，实现记录下载器周期性地下载、提取和存储运行记录。数据处理模块状态转换关系如图1所示。当记录下载器上电进入工作状态后，首先进入初始化状态，之后随着记录下载器与车载设备模块的数据交互，实现状态的自动转换，完成下载和保存车载设备模块运行记录的功能。

1．初始状态。车载设备模块上电后，记录下载器也随之上电，自动进入初始状态，向车载设备模块发送初始化命令，转入未启动状态。

2．未启动状态。进入该状态后，等待来自车载设备模块的“启动指示”。如果没收到，则保持未启动状态;如果在超时范围内收到“启动指示”，则向车载设备模块发送“系统时间命令”，并进入等待系统时间状态;如果等待“启动指示”超时，则进入系统恢复延时状态。

3．等待系统时间状态。记录下载器等待来自车载设备模块的系统时间。如果在超时范围内没有收到系统时间，则保持该状态;如果收到，则向车载设备模块发送“系统版本命令”，并进入等待系统版本状态;如果等待系统时间超时，则进入系统恢复延时状态。

4．等待系统版本状态。记录下载器等待来自车载设备模块的系统版本。如果在超时范围内没有收到系统版本，则保持状态;如果收到，则进入等待下载指示状态;如果等待系统版本超时，则进入系统恢复延时状态。

5．等待下载指示状态。记录下载器等待来自车载设备模块的下载记录指示。如果在超时范围内没有收到下载记录指示，则保持;如果收到，则进入发送下载命令状态;如果等待下载记录指示超时，则进入系统恢复延时状态。

6．发送下载命令状态。记录下载器已经确认车载设备模块进入正常的工作状态，将向车载设备模块发送“下载记录命令”，并进入下载记录状态。

图1 记录下载器在线状态转换图

7．下载记录状态。记录下载器收到来自车载设备模块的一批数据，逐条提取记录，根据协议组帧，并将包含一条运行记录的完整帧存储到记录下载器的FLASH中。如果数据结尾含有“继续下载记录指示”，则记录下载器向车载设备模块发送“继续下载记录命令”，并等待来自车载设备模块的下一批数据;如果数据结尾含有“下载记录结束指示”，则进入周期下载延时状态;如果在数据提取中遇到以前已经下载过的记录，说明车载设备模块最新的运行记录已经下载完毕，记录下载器向车载设备模块发送“结束本次下载记录流程命令”，进入等待结束指示状态。如果下载记录超时，则进入周期下载延时状态。

8．等待结束指示状态。记录下载器等待来自车载设备模块的“下载记录结束指示”。如果收到指示，则进入周期下载延时状态;如果没有收到，则保持该状态，继续等待;如果等待“下载记录结束指示”超时，则进入周期下载延时状态。

9．周期下载延时状态。如果延时没有到时，记录下载器继续保持延时状态;如果延时到时，记录下载器进入发送下载命令状态，执行下一次下载车载设备模块运行记录的流程。

10．系统恢复延时状态。如果系统恢复未到时，则保持系统恢复延时状态;如果系统恢复到时，则进入初始状态。

4 记录下载器的关键技术

4.1 过滤已下载记录

在记录下载器的在线状态转换中，下载记录状态最为复杂，需要根据运行记录的开始和结束特征逐条提取记录，并识别该记录是否为新记录。如果是新记录，则组帧并存储在FLASH中;如果是已经被下载过的，则过滤并结束本次下载记录流程。

车载设备模块在产生每一条运行记录的时候，都会在记录的头部附上当时的系统时间，而且这个时间是惟一的和递增的。所谓惟一，就是附加在每一条运行记录的系统时间不同;所谓递增，就是附加在后一条运行记录的系统时间总是比前一条时间要大。根据惟一性和递增性这2个特征，就可以实现只下载新记录并过滤旧记录的功能。

车载设备模块发送记录时，总是按照从最新到最老的顺序，即按照附加在记录上的系统时间从大到小的顺序。每下载完一批记录，记录下载器将系统最大时间作为下一次下载记录的参考时间。进入下一次下载记录的流程时，每提取一条记录，就将该记录的系统时间与参考时间进行比较，系统时间比参考时间大的就是新记录，组帧并保存在FLASH中。如果遇到系统时间等于参考时间，说明新记录已经下载完毕。

4.2 数据处理模块与数据储存模块的速度匹配

数据处理模块从来自车载设备模块的数据中逐条提取记录，组帧后传递给数据存储模块。数据存储模块需要将包含记录的完整帧存储在记录下载器的FLASH中。但是，数据处理模块处理速度很快，而数据存储模块存储速度相对要慢很多，如果2个模块之间的速度不匹配，必然要导致部分车载设备模块的运行记录丢失。

为了实现数据处理模块与数据存储模块的速度匹配，设计一个开关量。如数据处理模块判断该开关量为打开状态时，就向数据存储模块传递数据，传递完毕后，再将该开关量置为关闭状态;如判断该开关量为关闭状态时，就将数据存储到记录下载器的FLASH中，当存储完毕后，再将该开关量置为打开状态。通过数据处理模块和数据存储模块共同管理该开关量，实现这2个模块之间的速度匹配。

4.3 不掉电存储数据

记录下载器通过窃电的方式从车载设备模块获取电量供自己使用，显然能够获取的电量是有限的，而执行写FLASH操作却比较耗电。为此，为记录下载器设计了一种能够匀速向FLASH写入数据的方法。

由于记录下载器1 s内可以向FLASH中写入500字节数据，那么每写入1个字节需要2 ms。数据存储模块按照8字节1组将数据分为多个小组，设计每20 ms写入1组数据，即写入1组数据之后开始计时，计时满20 ms，再向FLASH中写入下一组数据，直到所有数据都写完为止。通过这种方式，不但可以保证数据以最高效的方式存储在FLASH中，而且可以保证不会造成掉电，使记录下载器始终处于在线工作状态。

5 结束语

目前记录下载器已经研发完毕，正在进行实验室测试和验证阶段，将会成为实时在线下载CTCS-3级列控车载设备各个模块运行记录的有效工具。

［1］张曙光．CTCS-3级列控系统技术创新总体方案［M］．北京:中国铁道出版社，2009．

［2］CTCS3-300T车载设备技术条件［R］．北京:北京全路通信信号研究设计院有限公司，2012．