一種WTB總線數(shù)據(jù)幀記錄儀及記錄方法與流程

本發(fā)明涉及列車網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄儀及記錄方法。

背景技術(shù)：

wtb是tcn標(biāo)準(zhǔn)體系中規(guī)定的一種底層總線通信協(xié)議，包括對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。wtb總線主要適用于需要經(jīng)常改變列車編組的情形，如國際列車和多廠商列車在運(yùn)行時(shí)需要經(jīng)?；ハ嗉訏旖鈷?、改變方向等。wtb總線的核心功能就是能夠讓重新編組后的列車自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠?jì)算和分發(fā)，保證列車無論如何編組都能保持總體網(wǎng)絡(luò)的連通性。

wtb數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)兩個(gè)方面的功能，其一是要負(fù)責(zé)wtb總線上的過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)的收發(fā)功能；其二要負(fù)責(zé)完成列車動(dòng)態(tài)編組，自動(dòng)尋找連到總線上的設(shè)備并為其命名，即初運(yùn)行(inauguration)的功能。數(shù)據(jù)鏈路層在結(jié)構(gòu)上還要提供上層調(diào)用的接口以方便上層應(yīng)用對(duì)wtb節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和控制。wtb總線周期由wtb總線主實(shí)現(xiàn)。總線主為一個(gè)wtb節(jié)點(diǎn)，在wtb動(dòng)態(tài)組網(wǎng)完畢后會(huì)被推舉出來。在wtb正常運(yùn)行狀態(tài)下，wtb總線主將總線按固定時(shí)間間隔分割成時(shí)間周期，稱為基本周期。一個(gè)基本周期又分為周期相和偶發(fā)相兩個(gè)部分，在周期相中，總線主按照周期輪詢表對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行過程數(shù)據(jù)輪詢；在wtb偶發(fā)相中，總線主首先會(huì)使用監(jiān)視數(shù)據(jù)依次交替輪詢兩個(gè)端節(jié)點(diǎn)是否發(fā)現(xiàn)新的節(jié)點(diǎn)，從而決定是否需要重新組織拓?fù)?，在端?jié)點(diǎn)輪詢完畢后，總線主會(huì)對(duì)總線節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)輪詢。

列車運(yùn)行中wtb的復(fù)雜編組情況，通過上層軟件很難進(jìn)行分析和調(diào)試，需要借助wtb總線數(shù)據(jù)幀進(jìn)行分析具體的鏈路行為，因此發(fā)明一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄儀及記錄方法勢(shì)在必行，以便為分析列車運(yùn)行和故障情況提供更加可靠的有效數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的需求，提供一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄儀及其記錄方法，其能夠記錄和存儲(chǔ)wtb總線的數(shù)據(jù)幀，為分析列車運(yùn)行和故障情況提供更加可靠的有效數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄儀，其包括：

wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡和上位機(jī)；

所述wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡和上位機(jī)通過pc104總線互相連接；wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡與wtb總線通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)線連接，監(jiān)聽并接收wtb總線上的數(shù)據(jù)；

所述上位機(jī)發(fā)送指令并獲得wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡中根據(jù)指令所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀后，按照設(shè)定的規(guī)則將該數(shù)據(jù)幀記錄到數(shù)據(jù)文件中。

更優(yōu)選地，所述上位機(jī)包括：

cpu、存儲(chǔ)器、pc104總線接口和以太網(wǎng)接口；

所述cpu通過內(nèi)部線路分別與存儲(chǔ)器、pc104總線接口和以太網(wǎng)接口等相連接；

所述cpu通過pc104總線接口連接的pc104總線，與wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡雙向連接。

更優(yōu)選地，所述上位機(jī)還包括：

用于連接外部設(shè)備的usb接口和/或vga顯示接口。

更優(yōu)選地，所述wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡包括：

pc104模塊、fifo數(shù)據(jù)緩存器和接收模塊；

pc104模塊向上通過pc104總線與上位機(jī)相接，并與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；向下通過內(nèi)部線路讀取fifo數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)幀；

fifo數(shù)據(jù)緩存器通過內(nèi)部線路與接收模塊相接；

接收模塊從wtb總線接收數(shù)據(jù)幀，并傳到fifo數(shù)據(jù)緩存器中以備讀取。

更優(yōu)選地，所述pc104模塊包括：

uart控制單元和命令解析單元；

所述pc104模塊通過pc104總線接收到上位機(jī)cpu的指令后，通過命令解析單元對(duì)該指令進(jìn)行譯碼，若該指令的譯碼結(jié)果是清空數(shù)據(jù)指令，則通過uart控制單元清空fifo數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)幀；若該指令的譯碼結(jié)果是讀取指令，則通過uart控制單元從fifo數(shù)據(jù)緩存器中讀取數(shù)據(jù)幀，并將讀取到的數(shù)據(jù)幀通過pc104總線發(fā)送到上位機(jī)。

更優(yōu)選地，所述接收模塊包括：

分別設(shè)置在a、b線路的接收器a和接收器b、解碼器、crc校驗(yàn)單元和線路冗余切換控制單元；

接收器a和接收器b同時(shí)監(jiān)聽wtb總線上的所有幀數(shù)據(jù)，經(jīng)過接收、解碼、crc校驗(yàn)，得到成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀；

線路冗余切換控制單元控制a、b線路，根據(jù)接收器a和接收器b接收幀的情況以及iec61375標(biāo)準(zhǔn)，從兩路接收線路中選擇出一條信任線路，并通過該信任線路中向fifo數(shù)據(jù)緩存器傳送數(shù)據(jù)幀。

本發(fā)明還提供一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄方法，其包括：

步驟s101，上位機(jī)啟動(dòng)后，操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化。

步驟s102，向wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡發(fā)送清空指令；

步驟s103，判斷是否收到wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡的清空確認(rèn)信息，若收到，則執(zhí)行步驟s104；否則，執(zhí)行步驟s102，再次發(fā)送清空命令；

步驟s104，上位機(jī)在存儲(chǔ)器上建立當(dāng)前數(shù)據(jù)文件，并記錄創(chuàng)建時(shí)間；

步驟s105，上位機(jī)發(fā)送讀取命令；

步驟s106，等待接收wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，并當(dāng)接收到后將該wtb數(shù)據(jù)幀記錄到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中，并對(duì)記錄時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)；

步驟s107，上位機(jī)判斷記錄時(shí)間是否超過設(shè)定的時(shí)間間隔閾值，若超時(shí)則執(zhí)行步驟s108，關(guān)閉當(dāng)前數(shù)據(jù)文件，然后轉(zhuǎn)入步驟s109；若未超時(shí)，則轉(zhuǎn)入步驟s106；

步驟s109，判斷存儲(chǔ)器是否有可用容量，若有，則執(zhí)行步驟s110；若沒有，則執(zhí)行步驟s111，則結(jié)束本程序；

步驟s110，在存儲(chǔ)器上創(chuàng)建新數(shù)據(jù)文件，并將該新數(shù)據(jù)文件作為當(dāng)前數(shù)據(jù)文件，并記錄創(chuàng)建時(shí)間；然后轉(zhuǎn)入步驟s106。

更優(yōu)選地，所述步驟s106中將該wtb數(shù)據(jù)幀記錄到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中的過程包括：

步驟s1061，讀取wtb數(shù)據(jù)幀中的狀態(tài)字；

步驟s1062，將狀態(tài)字寫入到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中；

步驟s1063，根據(jù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字段確定數(shù)據(jù)幀中幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；

步驟s1064，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度逐字節(jié)讀取幀數(shù)據(jù)內(nèi)容；

步驟s1065，將讀取到的幀數(shù)據(jù)內(nèi)容寫入到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中。

由上述本發(fā)明的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：

本發(fā)明通過wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡監(jiān)聽并接收wtb總線上的數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)發(fā)送指令并獲得wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀，并按照設(shè)定的規(guī)則將該數(shù)據(jù)幀記錄到數(shù)據(jù)文件中，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車車輛運(yùn)行中wtb總線網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的記錄和存儲(chǔ)，能夠?yàn)榉治隽熊囘\(yùn)行和故障情況提供更加可靠的有效數(shù)據(jù)，便于開發(fā)維護(hù)人員獲取列車運(yùn)行情況的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析與判斷；特別是對(duì)于自主研發(fā)的wtb網(wǎng)卡設(shè)備，本發(fā)明將對(duì)wtb網(wǎng)卡設(shè)備的研發(fā)、測(cè)試、調(diào)試和分析帶來很大的好處。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄儀的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明中wtb數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中的wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明中的wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄方法的流程圖；

圖5為本發(fā)明中將數(shù)據(jù)幀記錄到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例一

本發(fā)明提供一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄儀，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：

wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡和上位機(jī)。其中的wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡和上位機(jī)通過pc104總線互相連接；wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡與wtb總線通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)線連接，監(jiān)聽并接收wtb總線上的數(shù)據(jù)。

wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀從wtb總線上接收到的數(shù)據(jù)包括：過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)以及監(jiān)視數(shù)據(jù)，其由一對(duì)主幀和從幀構(gòu)成，其中主幀由wtb總線主向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)出，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的需求，發(fā)出對(duì)應(yīng)的從幀。主幀和從幀的結(jié)構(gòu)均如圖3所示wtb數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，包括幀頭和幀數(shù)據(jù)(link_data)部分，主幀和從幀的幀頭結(jié)構(gòu)相同，后接的幀數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度不一。幀頭包括四個(gè)字段，長(zhǎng)度均為8bits(比特)，從前至后分別表示目標(biāo)設(shè)備地址(dd)、鏈路控制標(biāo)志(lc)、源設(shè)備地址(sd)、鏈路數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(即數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度)(sz)。其中l(wèi)c字段是用來對(duì)各種類型的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行編碼區(qū)分。sz字段則是指除去頭部32bits后其余的數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度。幀數(shù)據(jù)(link_data)部分占據(jù)0～1024bits。

上述主幀或從幀被封裝到如表1所示的wtb數(shù)據(jù)幀報(bào)文中的數(shù)據(jù)字段，由wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡傳輸給上位機(jī)。

表1wtb數(shù)據(jù)幀報(bào)文中各個(gè)字段的定義及取值含義

備注：如果沒有數(shù)據(jù)幀可供讀出，則數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度字段為0。

上述上位機(jī)可以為pc104嵌入式x86工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主板，用于從wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡獲取數(shù)據(jù)幀，并將其記錄到數(shù)據(jù)文件中。該上位機(jī)包括中央處理器(cpu)、存儲(chǔ)器、pc104總線接口、usb接口、vga顯示接口和以太網(wǎng)接口等。上述中央處理器(cpu)通過內(nèi)部線路分別與存儲(chǔ)器、pc104總線接口、usb接口、vga顯示接口和以太網(wǎng)接口等相連接，以傳輸指令和數(shù)據(jù)等。

上位機(jī)的中央處理器(cpu)發(fā)送指令并從wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡中獲得指令所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)幀后，按照設(shè)定的規(guī)則將該數(shù)據(jù)幀記錄到數(shù)據(jù)文件中，并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。為了避免數(shù)據(jù)文件過長(zhǎng)，所以設(shè)定了一定的規(guī)則。該規(guī)則是：數(shù)據(jù)幀記錄時(shí)間若超過間隔時(shí)間閾值，則重新建立新的數(shù)據(jù)文件，并將新接收的數(shù)據(jù)幀記錄記錄到該數(shù)據(jù)文件中。

pc104總線接口通過pc104總線與wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡雙向連接。

usb接口、vga顯示接口、以太網(wǎng)接口等用于連接外接設(shè)備，以便查看上位機(jī)中所記錄數(shù)據(jù)文件。

上述wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡是采集wtb總線數(shù)據(jù)幀的關(guān)鍵設(shè)備，其基于fpga(fieldprogrammablegatearray，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)設(shè)計(jì)，并基于fpga控制物理固件完成數(shù)據(jù)采集功能，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，可以看出，該wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡包括：pc104模塊、fifo數(shù)據(jù)緩存器和接收模塊。

pc104模塊向上通過pc104總線與上位機(jī)相接，并與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互過程中遵循uart-emulation通信協(xié)議；向下通過內(nèi)部線路讀取fifo數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)幀。該pc104模塊包括：uart控制單元和命令解析單元；pc104模塊通過pc104總線接收到上位機(jī)cpu的指令后，通過命令解析單元對(duì)該指令進(jìn)行譯碼，若該指令的譯碼結(jié)果是清空數(shù)據(jù)指令，則通過uart控制單元清空fifo數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)幀；若該指令的譯碼結(jié)果是讀取指令，則通過uart控制單元從fifo數(shù)據(jù)緩存器中讀取數(shù)據(jù)幀，并將讀取到的數(shù)據(jù)幀通過pc104總線發(fā)送到上位機(jī)。

fifo數(shù)據(jù)緩存器通過內(nèi)部線路與接收模塊相接。

接收模塊包括：分別設(shè)置在a、b線路的接收器a和接收器b、解碼器、crc校驗(yàn)單元和線路冗余切換控制單元。接收器a和接收器b同時(shí)監(jiān)聽wtb總線上的所有幀數(shù)據(jù)，經(jīng)過接收、解碼、crc校驗(yàn)，得到成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀；線路冗余切換控制單元用于控制a、b線路，根據(jù)接收器a和接收器b接收幀的情況(有效幀、幀沖突、錯(cuò)誤幀、幀間間隔等信息)以及iec61375標(biāo)準(zhǔn)綜合判斷，從兩路接收線路中選擇出一條信任線路，以保證從信任線路中向fifo數(shù)據(jù)緩存器傳送數(shù)據(jù)幀。

基于上述一種wtb總線數(shù)據(jù)幀記錄儀，本發(fā)明還提供一種wtb總線數(shù)據(jù)幀的記錄方法，該記錄方法安裝于上位機(jī)中，基于上位機(jī)的操作系統(tǒng)運(yùn)行。本發(fā)明提供的一種wtb總線數(shù)據(jù)幀的記錄方法的實(shí)施流程如圖4所示，具體包括如下步驟：

步驟s101，上位機(jī)啟動(dòng)后，操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化。

步驟s102，向wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡發(fā)送清空指令。

上位機(jī)通過pc104總線向wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡發(fā)送清空指令。

步驟s103，判斷是否收到wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡的清空確認(rèn)信息，若收到，則執(zhí)行步驟s104；否則，執(zhí)行步驟s102，再次發(fā)送清空命令。

上位機(jī)通過pc104總線向wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡發(fā)送清空指令后，監(jiān)聽wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡是否反饋清空確認(rèn)信息；wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡接收到清空指令后，會(huì)控制fifo數(shù)據(jù)緩存器中的所有數(shù)據(jù)幀，并反饋清空確認(rèn)信息給上位機(jī)。

步驟s104，上位機(jī)在存儲(chǔ)器上建立當(dāng)前數(shù)據(jù)文件，并記錄創(chuàng)建時(shí)間。

步驟s105，上位機(jī)發(fā)送讀取命令。

上位機(jī)通過pc104總線向wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡發(fā)送讀取命令。

步驟s106，接收wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀并開始記錄到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中，并對(duì)記錄時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。

wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀板卡中的pc104模塊接收到上位機(jī)的指令后，經(jīng)解析譯碼處理后，發(fā)現(xiàn)是讀取指令，則根據(jù)該讀取指令從fifo數(shù)據(jù)緩存器中讀取wtb數(shù)據(jù)幀，并上傳給上位機(jī)。上位機(jī)將接收到wtb數(shù)據(jù)幀記錄到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中，并對(duì)記錄時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。

步驟s107，上位機(jī)判斷記錄時(shí)間是否超過設(shè)定的時(shí)間間隔閾值，若超時(shí)則執(zhí)行步驟s108，關(guān)閉當(dāng)前數(shù)據(jù)文件，然后轉(zhuǎn)入步驟s109；若未超時(shí)，則轉(zhuǎn)入步驟s106。上述時(shí)間間隔閾值可以為1個(gè)小時(shí)。

步驟s109，判斷存儲(chǔ)器是否有可用容量，若有，則執(zhí)行步驟s110；若沒有，則執(zhí)行步驟s111，則結(jié)束本程序。之后人工將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)文件備份到其它地方并將該存儲(chǔ)器清空。

步驟s110，在存儲(chǔ)器上創(chuàng)建新數(shù)據(jù)文件，并將該新數(shù)據(jù)文件作為當(dāng)前數(shù)據(jù)文件，并記錄創(chuàng)建時(shí)間。然后轉(zhuǎn)入步驟s106。

上述步驟s106中將數(shù)據(jù)幀記錄到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中的執(zhí)行過程如圖5所示，包括如下步驟：

步驟s1061，讀取wtb數(shù)據(jù)幀中的狀態(tài)字。

步驟s1062，將狀態(tài)字寫入到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中。

步驟s1063，根據(jù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字段確定數(shù)據(jù)幀中幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

步驟s1064，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度逐字節(jié)讀取幀數(shù)據(jù)內(nèi)容。

步驟s1065，將讀取到的幀數(shù)據(jù)內(nèi)容寫入到當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中。

將讀取到的幀數(shù)據(jù)內(nèi)容放在當(dāng)前數(shù)據(jù)文件中，并與狀態(tài)字對(duì)應(yīng)。

由上述可以看出，本發(fā)明提供的wtb數(shù)據(jù)幀記錄儀和記錄方法能夠記錄機(jī)車車輛運(yùn)行中wtb總線網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，便于開發(fā)維護(hù)人員獲取列車運(yùn)行情況的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析與判斷，特別是對(duì)于自主研發(fā)的wtb網(wǎng)卡設(shè)備，這種記錄wtb總線上的數(shù)據(jù)幀的設(shè)備及軟件，將對(duì)wtb網(wǎng)卡設(shè)備的研發(fā)、測(cè)試、調(diào)試和分析帶來很大的好處。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。