LKJ仿真系统及方法与流程

本发明涉及应用于轨道交通信号系统车载列控单元的地面测试装置，尤其涉及一种应用于轨道交通信号系统车载列控单元的列车运行监控系统(lkj)仿真系统。

背景技术：

lkj系统是一种国产化列车运行监控系统，该系统属于轨道交通信号系统车载部分，用于对运行中的列车进行实时监控和控制，防止列车超速和冒进。

随着新一代lkj列车运行监控系统(以下简称“新一代lkj系统”)的推广试用，各铁路局电务段急需用于测试新一代lkj列车运行监控系统线路数据、控制软件和临时限速数据的测试装置，需要开发新一代lkj列车运行监控系统总线插件仿真技术，基于该技术开发新一代lkj列车运行监控系统的仿真测试装置。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

根据本发明的一方面，提供了一种lkj仿真系统，包括：

主机插件；以及

lkj总线仿真插件，包括：

处理器，耦合至该主机插件，该处理器配置用于：

响应于来自该主机插件的配置信息生成待仿真插件列表；

基于该待仿真插件列表从来自该主机插件的主机查询命令获取当前所查询的插件类型；以及

将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据返回至该主机插件。

在一实例中，该待仿真插件列表列有待仿真的插件类型及对应的插件设备号，该处理器进一步配置用于读取该主机查询命令中的当前所查询插件的插件设备号；以及基于当前所查询插件的插件设备号和该待仿真插件列表查找当前所查询的插件类型。

在一实例中，该lkj总线仿真插件还包括flexray通信模块，经由flexray总线连接该主机插件，该flexray通信模块经由flexray总线接收该主机查询命令，该处理器耦接至该flexray通信模块，且进一步配置用于：基于flexray通信协议解析该主机查询命令；以及基于该待仿真插件列表从经解析的该主机查询命令获取当前所查询的插件类型。

在一实例中，该处理器还配置用于：基于flexray通信协议封装与当前所查询的插件类型对应的该模拟工况数据；以及将与当前所查询的插件类型对应的经封装的该模拟工况数据提供给flexray通信模块，该flexray通信模块将经封装的该模拟工况数据经由flexray总线发送给该主机插件。

在一实例中，该待仿真插件列表列有待仿真的插件类型及对应的发送时间片，不同插件类型对应的发送时间片之间互不重叠，其中该处理器还配置用于：将与当前所查询的插件类型对应的经封装的该模拟工况数据在与当前所查询的插件类型对应的时间片提供给flexray通信模块，该flexray通信模块在与当前所查询插件类型对应的时间片将经封装的该模拟工况数据经由flexray总线发送给该主机插件。

在一实例中，该待仿真插件列表中的待仿真插件类型包括：安全输出插件、安全输入插件、安频输入插件、模拟量入出插件。

在一实例中，该仿真系统还包括通信插件，经由flexray总线耦接至该主机插件；该lkj总线仿真插件还包括can通信模块，经由can总线连接该通信插件，该处理器耦接至该can通信模块，且进一步配置用于将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据提供给该can通信模块，该can通信模块经由can总线将该模拟工况数据提供给该通信插件，该通信插件经由flexray总线将该模拟工况数据转发给该主机插件。

在一实例中，待仿真插件的类型包括机车信号主机和btm主机。

在一实例中，该lkj总线仿真插件还包括前端通信模块，用于从外部源获取用于模拟待仿真插件的工况数据的该模拟工况数据。

在一实例中，该前端通信模块包括以太网通信模块，用于基于以太网通信协议从上位机获取该模拟工况数据，该处理器还配置用于基于以太网通信协议解析该模拟工况数据以获得经解析的该模拟工况数据。

在一实例中，该前端通信模块包括串口通信模块，用于基于串口通信协议从外设键盘获取该模拟工况数据，该处理器还配置用于基于串口通信协议解析该模拟工况数据以获得经解析的该模拟工况数据。

在一实例中，该串口通信模块为rs485通信模块或rs422通信模块。

根据本发明的另一方面，提供了一种lkj仿真方法，包括：

响应于来自主机插件的配置信息生成待仿真插件列表；

基于该待仿真插件列表从来自该主机插件的主机查询命令获取当前所查询的插件类型；以及

将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据返回至该主机插件。

在一实例中，该待仿真插件列表列有待仿真的插件类型及对应的插件设备号，该获取当前所查询的插件类型包括：读取该主机查询命令中的当前所查询插件的插件设备号；以及基于当前所查询插件的插件设备号和该待仿真插件列表查找当前所查询的插件类型。

在一实例中，该方法还包括：经由flexray总线接收该主机查询命令；基于flexray通信协议解析该主机查询命令，该获取当前所查询的插件类型包括基于该待仿真插件列表从经解析的该主机查询命令获取当前所查询的插件类型。

在一实例中，该方法还包括基于flexray通信协议封装与当前所查询的插件类型对应的该模拟工况数据；该将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据返回至该主机插件包括将与当前所查询的插件类型对应的经封装的该模拟工况数据经由flexray总线发送给该主机插件。

在一实例中，该待仿真插件列表列有待仿真的插件类型及对应的发送时间片，不同插件类型对应的发送时间片之间互不重叠，该将与当前所查询的插件类型对应的经封装的该模拟工况数据经由flexray总线发送给该主机插件包括将与当前所查询的插件类型对应的经封装的该模拟工况数据在与当前所查询的插件类型对应的时间片经由flexray总线发送给该主机插件。

在一实例中，该待仿真插件列表中的待仿真插件类型包括：安全输出插件、安全输入插件、安频输入插件、模拟量入出插件。

在一实例中，该将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据返回至该主机插件包括将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据经由can总线发送给通信插件，以由该通信插件经由flexray总线将该模拟工况数据转发给该主机插件。

在一实例中，待仿真插件的类型包括机车信号主机和btm主机。

在一实例中，该方法还包括从外部源获取用于模拟待仿真插件的工况数据的该模拟工况数据。

在一实例中，该方法还包括基于以太网通信协议从上位机获取该模拟工况数据；以及基于以太网通信协议解析该模拟工况数据以获得经解析的该模拟工况数据。

在一实例中，该方法还包括基于串口通信协议从外设键盘获取该模拟工况数据；以及基于串口通信协议解析该模拟工况数据以获得经解析的该模拟工况数据。

在一实例中，该串口通信协议为rs485或rs422通信协议。

根据本发明的lkj仿真系统，在总线能力范围内可配置输入、输出插件类型和数量，不需增加任何硬件资源，可实现全软件仿真，且flexray总线采用总线型拓扑结构，结构简单，易于扩展。由此，实现了新一代lkj列车运行监控系统外围功能插件的全软件仿真，改变了需要整套完整设备进行地面调试线路数据、控制软件和临时限速的现状，降低了用户的设备采购成本。

另外，根据本发明的lkj总线仿真装置技术基于flexray总线开发，采用flexray总线静态段时间触发通信机制，通过预先分配系统插件接收/发送时间片，满足通信实时性和总线的双路冗余，保证通信的可靠性。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了lkj仿真系统的框图；

图2示出了根据本发明的一方面的lkj总线仿真插件的功能框图；

图3示出了根据本发明的一方面的lkj总线仿真插件的数据处理示意图；

图4示出了根据本发明的一方面的lkj仿真系统的框图；以及

图5示出了根据本发明的一方面的lkj仿真方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

图1示出了lkj仿真系统的框图。如图1所示，lkj系统可包括主机插件、通信插件、安全输出插件、安全输入插件、安频输入插件、模拟量入出插件、机车信号主机插件、btm主机插件等实体插件。

图1中虚线框内的各个实体插件，例如安全输出插件、安全输入插件、安频输入插件、模拟量入出插件、机车信号主机插件、btm主机插件等实体插件由根据本发明的一方面的lkj总线仿真插件来模拟。由于众多的实体插件在测试中由一个lkj总线仿真插件来模拟，从而节省了成本。采用该lkj总线仿真插件开发出的测试装置具有操作方便、体积小、重量轻和便携等特点，完全满足用户的地面仿真测试需求，具有较高的经济价值。

图2示出了根据本发明的一方面的lkj总线仿真插件的功能框图。该lkj总线仿真插件可仿真新一代lkj系统正常运行所需的插件功能。图2中的虚线框为根据本发明的一方面的的lkj总线仿真插件。

输入输出插件的类型和数量由lkj配置软件决定。lkj配置软件将该信息下载至主机插件，主机插件解析后将其作为配置信息发送给lkj总线仿真插件，以实现仿真插件的扩展。

主机插件基于配置信息生成待仿真插件设备列表，以配置相应的仿真插件单元，例如分别用于模拟仿真安频输入(sfi插件)、安全输入(sdi插件)、安全输出(sdo插件)、模拟量入出(gaio插件)的仿真插件单元，如图2所示。

lkj总线仿真插件可通过以太网或rs422任一接口获取外设仿真数据，其中以太网与pc机通信，获取来自pc机的仿真工况数据；rs422串口获取外设键盘仿真数据。lkj总线仿真插件根据相应的通信接口协议解析获取模拟的速度、管压、柴速等工况信号。lkj总线仿真插件独立接收pc机仿真外设与外设键盘仿真外设输入，当两个方式同时存在时，外设键盘仿真外设的优先级更高。

遵循各仿真插件单元与主机插件的通信协议格式，lkj总线仿真插件将获取的速度、管压等工况数据，分别模拟仿真安频输入(sfi插件)、安全输入(sdi插件)、模拟量入出(gaio插件)的应用数据，通过flexray总线发送给主机插件。其中，sfi插件对应仿真速度、gaio插件对应仿真各种管压数据、sdi插件对应仿真隔离及数字输入反馈数据、sdo插件对应仿真输出制动数据。

具体地，lkj总线仿真插件通过flexray总线接收主机插件查询命令。主机插件查询命令通过flexray总线广播发送，查询命令包括各仿真插件类型，lkj总线仿真插件根据查询仿真插件类型，将对应插件的模拟数据，经由flexray总线发送给主机插件。

作为实例，各仿真插件单元接收到得主机命令数据按照设备号进行通信，主机插件根据设备号+功能码与各个插件进行数据通信，采用轮询应答机制模式。主要的命令有gdio、sdi、sdo、sfi等插件命令。

如图2所示，在经由以太网或rs422总线接收到工况数据之后，需要基于相应的通信协议对收到的工况数据进行解析。类似地，在与主机插件通信时，也需要将发送给主机插件的模拟工况数据基于flexray协议进行封装，以及基于flexray协议对接收自主机插件的查询命令进行解析。

如图2所示，lkj总线仿真插件可通过flexray总线与主机插件通信。在一实例中，flexray总线可采用静态段时间触发方式，根据主机插件发送的仿真设备列表，各仿真插件分配独立的flexray发送时间片，各仿真插件相互之间通信独立，避免通信的不确定延时，并实现仿真插件的软件扩展功能。

时间片可由lkj主机系统分配，每个时间片固定周期，例如(80ms)，各个仿真插件单元依据主机系统的周期进行应答和处理,运行周期最大不超过3个固定周期。以此方式，各个仿真插件单元可在各自所分配的flexray发送时间片向主机插件发送数据。

如图2所示，lkj总线仿真插件还可通过can总线与通信插件进行通信，发送模拟机车信号给通信插件，通信插件通过flexray总线透明转发给主机插件。

图3示出了根据本发明的一方面的lkj总线仿真插件的数据处理示意图。如图3所示，主机插件通过flexray总线在flexray接收时间片发送主机命令数据。主机命令数据被提供给数据仿真单元，通过解析主机命令数据，数据仿真单元选择将主机命令数据中所指示的插件类型(和功能码)对应的仿真数据写入仿真数据发送区以在对应的发送时间片发送给主机插件。

图4示出了根据本发明的一方面的lkj仿真系统100的框图。如图4所示，lkj仿真系统100可包括lkj总线仿真插件110、主机插件120、通信插件130，完成实际新一代lkj系统运行与调度仿真。

lkj总线仿真插件110可仿真新一代lkj系统正常运行所需的插件功能，包括：安全输出插件(sdo)、安全输入插件(sdi)、安频输入插件(sfi)、模拟量入出插件(gaio)及机车信号主机等功能。根据仿真需要，本发明的lkj总线仿真装置在总线能力范围内可配置输入、输出插件类型和数量，不需增加任何硬件资源，可实现全软件仿真。

lkj总线仿真插件110可包括处理器111。例如，处理器111可以是例如mpc5125芯片，其中可存储有计算机程序，通过执行该计算机程序以配置用于执行各种功能。

处理器111可耦合至主机插件120，在图4的示例中，处理器111可通过flexray通信模块112经由flexray总线连接至主机插件。初始地，主机插件120可向处理器111发送配置信息。配置信息可由lkj配置软件配置，其中描述了所要仿真的插件类型，数量，插件设备号，甚至与各插件类型对应的功能码等等。

收到配置信息后，处理器111可基于该配置信息生成待仿真插件列表。作为示例，待仿真插件列表中可包括与插件类型对应的插件设备号、功能码等等。换言之，通过主机插件120发送的配置信息，处理器111知晓了所要仿真的插件的信息，由此可以在后续识别来自主机插件120的主机查询命令，并能正确地响应仿真数据。

后续，主机插件120可向处理器111发送主机查询命令。处理器111可基于待仿真插件列表从该主机查询命令中获取当前主机插件120所查询的插件类型。

例如，主机插件120可读取该主机查询命令中的当前所查询插件的插件设备号，然后基于当前所查询插件的插件设备号和所述待仿真插件列表查找当前所查询的插件类型。知晓插件类型后，处理器111可向主机插件120返回与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据。

在一些实例中，主机查询命令还可包括功能码，则处理器111可向主机插件120返回与当前所查询的插件类型和功能码相对应的模拟工况数据。

在图4所示的实例中，模拟工况数据来自上位机，例如可经由前端通信模块114从上位机获取。

作为示例，上位机可以是例如pc机，该pc机仿真lkj运行工况数据，例如机车信号、速度、管压等等。此时，前端通信模块114可以是以太网通信模块，处理器111可通过前端通信模块114基于太网通信协议从pc机接收工况数据。相应地，处理器111首先需要基于以太网通信协议来解析工况数据以获得经解析的模拟工况数据。

作为另一示例，上位机可以是外设键盘，以输入lkj运行工况数据。此时，前端通信模块114可以是以串口通信模块，处理器111可通过前端通信模块114基于串口通信协议从外设键盘接收工况数据。

例如，串口通信协议可以是rs422或rs485通信协议，相应地，处理器111首先需要基于rs422或rs485通信协议来解析工况数据以获得经解析的模拟工况数据。

在图4所示的实例中，处理器111通过flexray通信模块112经由flexray总线与主机插件通信。因此，在接收到来自主机插件120的主机查询命令后，首先需要基于flexray通信协议解析该主机查询命令，然后再基于待仿真插件列表从经解析的主机查询命令获取当前所查询的插件类型。

获得插件类型后，即可选择与插件类型对应的模拟工况数据发送给主机插件120。相应地，处理器111可首先将其按照flexray通信协议封装该模拟工况数据，然后再由flexray通信模块112通过flexray总线发送给主机插件。

特别地，根据待仿真设备列表，可为所仿真的各插件分配独立的flexray发送时间片。相应地，处理器111可将与当前所查询的插件类型对应的经封装的模拟工况数据在对应的时间片提供给flexray通信模块112，由后者在该对应的发送时间片发送给主机插件120。以此方式，各仿真插件单元相互之间通信独立，避免通信的不确定延时，并实现仿真插件的软件扩展功能。

此外，处理器111还可将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据，例如机车信号、btm主机信号，提供给can通信模块113，后者可经由can总线将该模拟工况数据提供给通信插件130。通信插件130可经由flexray总线将该模拟工况数据转发给主机插件120。

图5是示出了根据本发明的一方面的lkj仿真方法200的流程图。如图5所示，lkj仿真方法200可包括以下步骤：

步骤201：响应于来自主机插件的配置信息生成待仿真插件列表。

在一实例中，待仿真插件列表可列有待仿真的插件类型及对应的插件设备号。

步骤202：基于该待仿真插件列表从来自主机插件的主机查询命令获取当前所查询的插件类型。

具体地，可首先读取主机查询命令中的当前所查询插件的插件设备号，然后基于当前所查询插件的插件设备号从所述待仿真插件列表中查找当前所查询的插件类型。

在一实例中，可经由flexray总线接收该主机查询命令，为此需要基于flexray通信协议解析该主机查询命令。然后再基于该待仿真插件列表从经解析的主机查询命令获取当前所查询的插件类型。

步骤203：将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据返回至主机插件。

在一实例中，可基于flexray通信协议封装与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据，然后将与当前所查询的插件类型对应的经封装的模拟工况数据经由flexray总线发送给主机插件。

较优地，待仿真插件列表列有待仿真的插件类型及对应的发送时间片，不同插件类型对应的发送时间片之间互不重叠。在此实例中，可将与当前所查询的插件类型对应的经封装的模拟工况数据在与当前所查询的插件类型对应的时间片经由flexray总线发送给主机插件。

在另一实例中，可将与当前所查询的插件类型对应的模拟工况数据经由can总线发送给通信插件，再由通信插件经由flexray总线将模拟工况数据转发给主机插件。

工况数据可以事先从外部源获得。在一实例中，可基于以太网通信协议从上位机获取模拟工况数据，然后再基于以太网通信协议解析模拟工况数据以获得经解析的模拟工况数据。

在另一实例中，可基于串口通信协议从外设键盘获取模拟工况数据，然后再基于串口通信协议解析该模拟工况数据以获得经解析的模拟工况数据。例如，该串口通信协议可为rs485或rs422通信协议。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的lkj仿真系统，在总线能力范围内可配置输入、输出插件类型和数量，不需增加任何硬件资源，可实现全软件仿真，且flexray总线采用总线型拓扑结构，结构简单，易于扩展。由此，实现了新一代lkj列车运行监控系统外围功能插件的全软件仿真，改变了需要整套完整设备进行地面调试线路数据、控制软件和临时限速的现状，降低了用户的设备采购成本。

另外，根据本发明的lkj总线仿真装置技术基于flexray总线开发，采用flexray总线静态段时间触发通信机制，通过预先分配系统插件接收/发送时间片，满足通信实时性和总线的双路冗余，保证通信的可靠性。

本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在asic中。asic可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(dsl)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(cd)、激光碟、光碟、数字多用碟(dvd)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。