用于诊断主控模块异常复位的方法与装置、及主控模块与流程

本发明涉及轨道交通控制技术领域，尤其是涉及一种用于诊断列车通信网络系统内主控模块异常复位的方法与系统、以及用于诊断列车通信网络系统内的主控模块。

背景技术：

列车通信网络系统被誉为列车的“大脑”与“神经”，主要用于列车控制、状态监视、故障诊断、维护、车载信息服务、视频监控、安全传感等数据传输，是保证列车安全与提升轨道交通服务质量的重要系统。在相关的应用项目中，主控模块为系统的主设备，负载整个列车网络系统的io数据的收集、分析、处理以及控制指令的发送，是整个系统的大脑，一旦其发生故障将导致整个系统的瘫痪。

主控模块的异常复位，是一种常见的故障。具体地，常因外部因素而导致主控模块内的看门狗异常，从而进一步引起主控模块的异常复位。现有技术中，缺少一种能够对主控模块异常复位故障进行快速锁定原因的技术方案，由此对列车网络系统的可靠性产生一定的消极影响。因此，现有技术中，需要提供一种能够快速、可靠的实现对主控模块异常复位原因进行精准定位的技术方案。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于诊断主控模块异常复位的方法，所述主控模块应用于列车网络系统，其中，所述方法，包括：诊断启动步骤、在所述主控模块复位时，获取第一模块与处理器之间的交互信息、以及所述处理器向看门狗模块输出的喂狗信号；原因定位步骤、根据所述交互信息和所述喂狗信号，对所述交互信息是否为默认值、和/或所述喂狗信号的电平保持时间是否达到或超过预设的超时时间进行判断，基于此，对所述主控模块的异常复位的原因进行定位，并得到相应的复位原因信息。

优选地，在所述原因定位步骤中，进一步，当交互信息不为所述默认值、并且所述喂狗信号的电平保持时间未达到所述超时时间时，确定当前复位原因信息为所述主控模块的电源跌落。

优选地，在所述原因定位步骤中，进一步，当交互信息不为所述默认值、并且所述喂狗信号的电平保持时间达到或超过所述超时时间时，确定当前复位原因信息为所述处理器的运行异常。

优选地，在所述原因定位步骤中，进一步，当交互信息为所述默认值时，确定当前复位原因信息为所述主控模块的电源启动异常或cpu软件启动异常。

优选地，在所述诊断启动步骤中，进一步，通过对是否检测到所述看门狗模块发送的复位信号的下降沿进行判断，以确定所述主控模块是否复位。

优选地，所述方法还包括：记录并保存所述复位原因信息；在所述主控模块启动后，由所述处理器读取已保存的当前复位原因信息，并将所述当前复位原因信息存储至所述处理器内的诊断日志中，以使得所述处理器通过读写访问方式获得上一次异常复位的原因。

另一方面，本发明实施例还提供了一种用于诊断主控模块异常复位的装置，所述主控模块应用于列车网络系统，其中，所述装置，包括：诊断启动单元、其配置为在所述主控模块复位时，获取第一模块与处理器之间的交互信息、以及所述处理器向看门狗模块输出的喂狗信号；原因定位单元、其配置为根据所述交互信息和所述喂狗信号，对所述交互信息是否为默认值、和/或所述喂狗信号的电平保持时间是否达到或超过预设的超时时间进行判断，基于此，对所述主控模块的异常复位的原因进行定位，并得到相应的复位原因信息。

优选地，所述装置，还包括：原因记录单元、其配置为记录并保存所述复位原因信息，在所述主控模块启动后，由所述处理器读取已保存的当前复位原因信息，并将所述当前复位原因信息存储至所述处理器内的诊断日志中，以使得所述处理器通过读写访问方式获得上一次异常复位的原因。

另外，本发明实施例提出了一种用于列车网络系统的主控模块，所述主控模块，包括：处理器；看门狗模块，其用于接收并检测所述处理器输出的喂狗信号，在所述喂狗信号异常时，生成复位信号，以对所述处理器进行复位控制；第一模块，其与所述处理器进行信息交互；复位原因诊断模块，其包括上述所述的用于诊断主控模块异常复位的装置。

优选地，所述复位原因诊断模块集成于所述第一模块内；所述第一模块优选为可编程逻辑器件；所述第一模块与所述处理器通过gpio或车辆总线进行通信交互。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明实施例主要提出了一种用于诊断列车网络系统主控模块异常复位的方法及系统。该方法及系统通过对主控模块故障复位的理论原理进行分析，归类出产生异常复位情况的原因，根据这些原因，设计出一种简单、有效的主控模块异常复位的诊断机制。具体地，在故障发生时，采集复位重启状态下各相关信号及数据，并检测其状态，进一步逆推出故障发生的原因，实现了主控模块异常复位原因的快速精准定位。本发明可广泛应用在高可靠性的轨道交通控制领域，前景十分广阔，有效优化了列车网络系统的性能，并切实提高了系统的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于诊断主控模块异常复位的方法的步骤图。

图2为本申请实施例的用于诊断主控模块异常复位的方法的具体流程图。

图3为本申请实施例的用于诊断主控模块异常复位的装置的模块框图。

图4为本申请实施例的列车网络系统内主控模块的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

列车通信网络系统被誉为列车的“大脑”与“神经”，主要用于列车控制、状态监视、故障诊断、维护、车载信息服务、视频监控、安全传感等数据传输，是保证列车安全与提升轨道交通服务质量的重要系统。在相关的应用项目中，主控模块为系统的主设备，负载整个列车网络系统的io数据的收集、分析、处理以及控制指令的发送，是整个系统的大脑，一旦其发生故障将导致整个系统的瘫痪。

主控模块的异常复位，是一种常见的故障。具体地，常因外部因素(例如:电源异常跌落、模块上电启动异常、以及cpu程序运行异常)而导致主控模块内的看门狗异常，从而进一步引起主控模块的异常复位，现有技术中，缺少一种能够对主控模块异常复位故障进行快速锁定原因的技术方案，由此对列车网络系统的可靠性产生一定的消极影响。因此，现有技术中，需要提供一种能够快速、可靠的实现对主控模块异常复位原因进行精准定位的技术方案。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于诊断列车通信网络系统内主控模块异常复位的方法及系统。该方法及系统设计了一种复位原因诊断模块，该诊断模块能够集成于上述主控模块(用于列车通信网络系统的主控模块)中任意一个可与中央处理器进行信息交互(数据及信号交互)的芯片(第一模块43)内。进一步，先通过将中央处理器向看门狗模块42发送的喂狗信号、以及看门狗模块42输出的复位信号引入这一诊断模块内，并由该诊断模块对这两种信号进行实时检测；而后，确定在中央处理器需要进行复位时其所输出的喂狗信号是否异常，并结合关于在中央处理器需要进行复位时中央处理器与第一模块43之间发送的交互数据及信号是否被设置为默认值的判断结果，对引起当前主控模块复位的原因进行诊断；最后，输出并保存当前复位原因诊断结果。这样，本发明通过上述方法快速、有效的对列车网络系统中主控模块的复位原因进行了精准定位，优化了列车网络系统的性能，提高了系统可靠性。

图4为本申请实施例的列车网络系统内主控模块的结构示意图。如图4所示，本发明所述的列车(通信)网络系统内的主控模块，至少包括：处理器(中央处理器)41、看门狗模块42、第一模块43、和复位原因诊断模块44。其中，中央处理器41采用cpu芯片，是主动模块内的核心控制器件，完成列车控制、状态监视、故障诊断、维护、车载信息服务、视频监控、安全传感等功能的决策及信息调度。看门狗模块42与处理器41进行通信，用于接收并检测中央处理器41在启动并运行正常情况下发送的喂狗信号，并通过该喂狗信号定期查看中央处理器41的运行状态进行监测，在检测到当前喂狗信号异常时，生成用于控制处理器41进行复位重启操作的(有效的)复位信号，以在将该(有效的)复位信号发送至处理器41后驱动中央处理器41进行复位重启操作，实现异常情况下的自修复功能。

进一步，第一模块43与处理器41进行通信交互(数据及信号交互)。在本发明实施例中，第一模块43可以为主控模块内任意一个能够与中央处理器41实现数据与信号交互的芯片(例如：集成有列车状态监测功能的芯片、集成有列车故障诊断功能的芯片等等)。需要说明的是，本发明对第一模块43的安装位置、安装芯片的类型、与处理器41之间相互传输的信息所承载的线缆类型均不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行配置。更进一步地说，在本发明一具体实施例中，第一模块43优选为可编程逻辑器件(例如：cpld、fpga等)，第一模块43与处理器41通过gpio或车辆总线(例如：can总线)进行数据及信号的通信交互传输。

进一步，复位原因诊断模块44包括：下述所述的用于诊断主控模块异常复位的装置(以下简称“异常复位诊断装置”)。复位原因诊断模块44分别与处理器41、看门狗模块42连接，用于接收并检测看门狗模块42输出的复位信号、处理器41输出的喂狗信号、以及处理器41与第一模块43之间通信交互传输的交互信息，根据这些信息的检测结果，对处理器41在完成复位重启操作的原因进行精准定位，从而得到针对每次复位重启操作的复位原因信息并进行记录。在本发明实施例中，为了优化复位原因诊断效率，将复位原因诊断模块44集成于第一模块43内。

图1为本申请实施例的用于诊断主控模块异常复位的方法的步骤图。图2为本申请实施例的用于诊断主控模块异常复位的方法的具体流程图。下面结合图1和图2，对上述复位原因诊断模块44的工作流程(以下简称“异常复位诊断方法”)进行详细说明。

步骤s110在主控模块复位重启时，获取第一模块43与处理器41之间的交互信息(交互数据及信号)、以及处理器41向看门狗模块42输出的喂狗信号。在实际应用过程中，复位原因诊断模块44会实时接收并检测看门狗模块42输出的(有效或无效的)复位信号，在接收到有效的复位信号时，处理器41也同时接收到有效的复位信号，使得处理器41在接收到有效的复位信号后，通过复位信号自身拥有的中断最高优先级特征，来控制处理器41自身进行复位重启操作。

通常，主控模块发生异常复位故障的原因有以下3种情况：1)主控模块上电启动异常，使得cpu软件无法启动，进一步，导致喂狗信号异常(喂狗失败)，从而看门狗模块42输出(有效的)复位信号；2)cpu运行过程中出现异常，进一步，导致喂狗信号异常(喂狗失败)，从而看门狗模块42输出(有效的)复位信号；3)主控模块的供电电源出现跌落现象，进一步，导致看门狗模块42运行异常无法检测到正常的喂狗信号，从而看门狗模块42输出(有效的)复位信号。

由此，复位原因诊断模块44在检测到当前复位信号为有效状态的情况下，处理器41也同时接收到有效的复位信号并执行复位重启操作，此时，复位原因诊断模块44立即获取上述交互信息、以及喂狗信号，从而进入到步骤s120中，对当前截取到的交互信息和喂狗信号进行检测。在实际应用过程中，复位原因诊断模块44要想知晓当前处理器41是否复位重启，需要实时监测看门狗模块42输出的复位信号的有效性。通常，看门狗模块42在运行过程中输出的复位信号是由高电平转换至低电平变化，因此，在检测到看门狗复位信号的下降沿(低有效)时，判断当前复位信号为有效状态；在检测到看门狗复位信号的高电平时，判断当前复位信号为无效状态。由此，在本发明实施例中，复位原因诊断模块44需要对是否检测到看门狗模块42发送的复位信号的下降沿进行判断，来确定主控模块是否复位重启。

步骤s120复位原因诊断模块44根据处理器41在复位重启时获取到的交互信息和喂狗信号，依次对当前交互信息是否为默认值、和/或当前喂狗信号的电平保持时间是否达到或超过预设的超时时间进行判断，而后，根据判断结果，对主控模块发生异常复位的原因进行定位，并得到相应的复位原因信息。其中，通过上述对主控模块发生异常复位故障的原因分析，在本发明实施例中，主控模块的故障异常复位的原因包括：主控模块的电源启动异常或cpu软件启动异常、处理器(软件)的运行异常和主控模块的电源跌落。

在列车网络系统应用过程中，如果没有一种诊断机制来判断主控模块异常复位的具体原因，就很难针对性的对主控模块进行分析和优化，将会浪费大量时间和精力，因此，需要将以上三种异常复位情况进行区分识别并记录。

下面先对以上三种复位情况进行分析：1)当主控模块上电正常，并也能够正常启动时，会通过cpu软件将gpio信号(第一模块43与处理器41之间的交互信息，即交互数据及信号)置位为固定的预设值，若cpu软件启动异常，则gpio保持默认值；2)cpu输出的喂狗信号是周期性高、低电平翻转的脉冲信号，该信号的周期远远小于看门狗喂狗超时时间，当喂狗信号电平保持不变且达到超时时间时，看门狗输出复位，控制cpu复位重启；3)当主控模块的供电电源出现跌落现象时，看门狗模块42不需要对喂狗信号进行超时时间的检测，立刻输出复位信号，控制cpu复位重启。因此，将cpu给看门狗模块42的喂狗信号、以及看门狗模块42输出的复位信号接入第一模块43内的复位原因诊断模块44，来进行监测，cpu通过交互线缆与第一模块43进行交互信息传输。复位原因诊断模块44在接收到有效的复位信号后，对接收到的喂狗信号进行高、低电平计时监测，如果正常翻转说明喂狗正常，如果高或低电平保持不变且到达超时时间，则判定此时看门狗喂狗异常。

具体地，在步骤s120中，在主控模块复位时，先根据当前截取到的交互信息，对当前交互信息是否为默认值进行判断，而后，根据当前喂狗信号，对当前喂狗信号的电平保持时间是否达到或超过预设的(看门狗喂狗)超时时间进行判断，最后，根据两种判断结果，确定出当前主控模块的复位原因进行定位。

进一步，在本发明一具体实施例中，参考图2，当复位原因诊断模块44检测出当前交互信息不为默认值(表明当前主控模块上电正常，并且cpu也能够正常启动，此时，通过cpu软件将gpio信号置位为固定的预设值)、并且当前喂狗信号的电平保持时间未达到上述超时时间(表明当前喂狗信号的高低电平翻转正常，喂狗正常)时，确定当前复位原因信息为主控模块的电源跌落。此时，复位原因诊断模块44立即生成含有当前主控模块的电源跌落信息的复位原因信息，并将当前复位原因信息加入时间戳，得到当前的诊断结果信息。

进一步，在本发明一具体实施例中，参考图2，当复位原因诊断模块44检测出当前交互信息不为默认值(表明当前主控模块上电正常，并且cpu也能够正常启动，此时，通过cpu软件将gpio信号置位为固定的预设值)、并且当前喂狗信号的电平保持时间达到或超过上述超时时间(表明当前喂狗信号的高低电平翻转异常，喂狗异常)时，确定当前复位原因信息为处理器41的运行异常。此时，复位原因诊断模块44立即生成含有当前处理器41的运行异常信息的复位原因信息，并将当前复位原因信息加入时间戳，得到当前的诊断结果信息。

进一步，在本发明一具体实施例中，参考图2，当复位原因诊断模块44检测出当前交互信息为默认值(表明当前主控模块上电异常，或者cpu软件启动异常，此时，cpu在异常启动时会通过cpu软件将gpio信号置位为默认值，如：均置为0)，此时无论喂狗信号的高低电平翻转是否正常，均确定当前复位原因信息为当前主控模块的电源启动异常或cpu软件启动异常。此时，复位原因诊断模块44立即生成含有当前主控模块的电源启动异常或cpu软件启动异常信息的复位原因信息，并将当前复位原因信息加入时间戳，得到当前的诊断结果信息。

这样，在完成针对主控模块内的处理器41复位重启的原因诊断后，得到了针对不同原因对应的诊断结果信息，此时，本发明所述的异常复位诊断方法，还包括：由复位原因诊断模块44记录当前加入时间戳的复位原因信息(即当前诊断结果信息)并进行(临时)保存，从而使得处理器41通过读写访问方式得以查询到诊断模块44内的诊断结果信息。进一步，为了提升本发明实施例所述的复位原因诊断模块44的诊断效率、并使得主控模块原有的操作系统配置能力保持最大化利用率，复位原因诊断模块44的存储功能是具有临时性的。由此，在每次主控模块复位重启或正常启动之后，均由处理器41(软件)通过交互线缆从复位原因诊断模块44内读取临时保存的当前诊断结果信息，以使得处理器41通过读写访问方式精确定位上一次异常复位的原因，并记录到处理器41自身的诊断日志当中，以供查询。

进一步，如图2所示，上述复位原因诊断模块44的具体流程如下：

s201、主控模块上电启动，复位原因诊断模块44监测看门狗复位信号的下降沿，在监测到复位信号下降沿时，跳转至s202；

s202、在监测到复位信号下降沿时，判断当前截取到的交互信息是否置位为默认值，若已为默认值，则跳转至s203，若不为默认值，则跳转至s205；

s203、确定当前因主控模块上电启动异常或cpu软件启动异常导致的看门狗喂狗失败而复位，以及，s204记录并保存当前复位原因诊断结果；

s205、判断看门狗喂狗信号是否翻转正常，若正常，则跳转至s206，若不正常，则跳转至s208；

s206、确定当前因cpu软件运行中异常导致的看门狗喂狗失败而复位，以及，s207记录并保存当前复位原因诊断结果；

s208、确定当前因主控模块的电源跌落导致的看门狗异常而复位，以及，s209记录并保存当前复位原因诊断结果。

另一方面，基于上述用于诊断主控模块异常复位的方法(即异常复位诊断方法)，本发明还提出了一种用于诊断主控模块异常复位的装置(即上述异常复位诊断装置)。图3为本申请实施例的用于诊断主控模块异常复位的装置的模块框图。如图3所示，本发明所述的异常复位诊断装置(即复位原因诊断模块)，包括：诊断启动单元31、原因定位单元32和原因记录单元33。

具体地，诊断启动单元31按照上述步骤s110所述的方法实施，配置为在主控模块复位时，获取第一模块43与处理器41之间的交互信息、以及处理器41向看门狗模块42输出的喂狗信号。原因定位单元32按照上述步骤s120所述的方法实施，配置为根据诊断启动单元31接收到的交互信息和喂狗信号，依次对交互信息是否为默认值、和/或喂狗信号的电平保持时间是否达到或超过预设的超时时间进行判断，基于此，对主控模块的异常复位的原因进行定位，并得到相应的复位原因信息。

原因记录单元33，配置为记录并保存原因定位单元32生成的复位原因信息，在主控模块启动后，由处理器41读取已保存的当前复位原因信息，并将当前复位原因信息存储至处理器41内的诊断日志中，以使得处理器41通过读写访问方式获得上一次异常复位的原因。

本发明实施例提出了一种用于诊断列车网络系统主控模块异常复位的方法及系统。该方法及系统通过对主控模块故障复位的理论原理进行分析，归类出产生异常复位情况的原因，根据这些原因，设计出一种简单、有效的主控模块异常复位的诊断机制。具体地，在故障发生时，采集复位重启状态下各相关信号及数据，并检测其状态，进一步逆推出故障发生的原因，实现了主控模块异常复位原因的快速精准定位。本发明可广泛应用在高可靠性的轨道交通控制领域，前景十分广阔，有效优化了列车网络系统的性能，并切实提高了系统的可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。