陳國(guó)輝 上海鐵路局科研所

1 引言

伴隨機(jī)器視覺理論和技術(shù)日臻成熟，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了應(yīng)用機(jī)器視覺原理研制的非接觸式接觸線磨損動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。上海鐵路局的《非接觸式接觸線磨損動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)》作為部科技開發(fā)重點(diǎn)項(xiàng)目，完全摒棄了機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，提高了接觸線磨損、導(dǎo)高、拉出值、硬點(diǎn)等參數(shù)的檢測(cè)精度，在接觸網(wǎng)不停電、不占用天窗、不打亂復(fù)雜的運(yùn)輸秩序的情況下，可檢測(cè)接觸線磨損、硬點(diǎn)、偏磨、導(dǎo)高、拉出值等相關(guān)連續(xù)數(shù)據(jù)。提供接觸線使用狀態(tài)的評(píng)估、預(yù)測(cè)、預(yù)警、決策支持，以科學(xué)地確定接觸線狀態(tài)修周期。該系統(tǒng)已經(jīng)在時(shí)速300 km的鐵科院動(dòng)檢車上安裝使用，由于車速高，對(duì)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性也就更高。

接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)中需要實(shí)時(shí)地傳輸、操作和分析數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上作出相應(yīng)的控制，反射內(nèi)存卡實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是該系統(tǒng)采用的技術(shù)之一。相對(duì)于以往基于TCP/IP或UDP/IP實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說，它極大地提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)通訊、數(shù)據(jù)反射和信號(hào)調(diào)試的能力，使分布式仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單。

2 通訊原理及實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

反射內(nèi)存可廣泛用于各種領(lǐng)域，例如實(shí)時(shí)的飛行仿真器、高速鐵路接觸網(wǎng)檢測(cè)、高速過程控制（軋鋼廠和制鋁廠）、高速測(cè)試和測(cè)量以及軍事系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的連接方法相比，RFM產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)提供了性價(jià)比極為優(yōu)越的高性能的選擇。

2.1 反射內(nèi)存的優(yōu)點(diǎn)

（1）高速的、基于2.12G波特率的網(wǎng)絡(luò)，最大傳輸速率可達(dá)174 Mbyte/s；

（2）簡(jiǎn)單易用；

（3）與操作系統(tǒng)和處理器無關(guān)；

（4）徹底省去軟件開發(fā)開銷和周期；

（5）可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接的穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸；

（6）可以與通用的計(jì)算機(jī)和總線連接；

（7）比標(biāo)準(zhǔn)通信和技術(shù)更為優(yōu)越；

（8）極短的數(shù)據(jù)傳輸延遲；

（9）簡(jiǎn)單的軟件，較低的管理費(fèi)用和較高的抗干擾能力；（10）節(jié)點(diǎn)間距離可達(dá)10 km（單模）/300 m（多模）。

2.2 反射內(nèi)存實(shí)時(shí)網(wǎng)的特點(diǎn)

反射內(nèi)存是一種通過局域網(wǎng)在互連的計(jì)算機(jī)間提供高效的數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，強(qiáng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)越來越多地采用這種技術(shù)。反射內(nèi)存實(shí)時(shí)局域網(wǎng)的概念十分簡(jiǎn)單，就是設(shè)計(jì)一種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存板，在分布系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)內(nèi)存至內(nèi)存的通信，并且沒有軟件開銷。每臺(tái)結(jié)點(diǎn)機(jī)上插一塊反射內(nèi)存卡，卡上帶有雙口內(nèi)存，各層軟件既可以讀也可以寫這些內(nèi)存。反射內(nèi)存具有以下主要特點(diǎn)：

（1）性能

①高速度、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸；

②具有高度確定性的數(shù)據(jù)傳輸，可用于苛刻的實(shí)時(shí)通訊。

（2）簡(jiǎn)潔性

它只是內(nèi)存-用它進(jìn)行讀取和寫入。

①每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有其自己的數(shù)據(jù)局部備份；

②在本地RAM中執(zhí)行寫入操作，然后自動(dòng)傳播至網(wǎng)絡(luò)其它所有節(jié)點(diǎn)；

③讀取訪問數(shù)據(jù)的局部備份，其會(huì)映射網(wǎng)絡(luò)上的其它局部備份。

（3）靈活性

①極大地降低軟件開發(fā)時(shí)間和成本；

②可連接到不相似的計(jì)算機(jī)和總線結(jié)構(gòu)；

③易于使用的軟件，低維護(hù)費(fèi)用；

④網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間小大不等的間距；

⑤無論是何種處理器類型或操作系統(tǒng)，均可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

2.3 基于反射內(nèi)存實(shí)時(shí)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

使用反射內(nèi)存網(wǎng)絡(luò)只需要簡(jiǎn)單的幾個(gè)步驟。

（1）將反射內(nèi)存插入任何可用的背板插槽或通過VME、PCI、PCIe或PMC連接到總線；

（2）安裝驅(qū)動(dòng)程序；

（3）寫入內(nèi)存(全局存儲(chǔ)器就像是計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)RAM)；（4）讀取內(nèi)存(從網(wǎng)絡(luò)上的反射內(nèi)存板)。

2.4 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有環(huán)型、星型結(jié)構(gòu)等幾種結(jié)構(gòu)。一般來說，環(huán)形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)簡(jiǎn)單。下面以三個(gè)節(jié)點(diǎn)為例，簡(jiǎn)單說明環(huán)形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)過程。三個(gè)節(jié)點(diǎn)需要三塊RFM卡及3根單股光纖。首先進(jìn)行統(tǒng)一編址，分別為節(jié)點(diǎn)0、節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2，并將其插入到對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)中。將節(jié)點(diǎn)0的反射內(nèi)存卡的RX端與將節(jié)點(diǎn)1的反射內(nèi)存卡的TX端連接，同時(shí)將節(jié)點(diǎn)1的RX端與T節(jié)點(diǎn)2的TX端連接，節(jié)點(diǎn)2的RX與節(jié)點(diǎn)0的TX連接，如圖1所示。

圖1 節(jié)點(diǎn)連接圖

3 VC++下反射內(nèi)存網(wǎng)通信軟件的實(shí)現(xiàn)(見圖2、圖3)

圖2 400車?yán)锍绦?zhǔn)模擬

圖3 反射內(nèi)存測(cè)試接收

(1)內(nèi)存地址空間分配

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的內(nèi)存地址空間有限，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)寫入內(nèi)存的數(shù)據(jù)需科學(xué)、合理和嚴(yán)格規(guī)劃。地址空間分配是通過軟件接口控制文件定義使用內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)變量地址，同類數(shù)據(jù)連續(xù)分配，以便其它節(jié)點(diǎn)可以用直接內(nèi)存訪問快速讀取大量數(shù)據(jù)。如下進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化操作（VC++6.0下）：

(2)在VC++下的下的實(shí)時(shí)通訊協(xié)議

在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊之前，要進(jìn)行驅(qū)動(dòng)安裝與環(huán)境變量設(shè)置。之后，方可進(jìn)行相關(guān)操作。在該實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，采用VC環(huán)消息Message方式進(jìn)行傳遞進(jìn)行。首先是完成頭文件加載與反射內(nèi)存卡打開并使之處于使能狀態(tài)，隨后是等待觸發(fā)。按照統(tǒng)一編址方式進(jìn)行通訊協(xié)議設(shè)計(jì)，參考代碼如下：

傳輸過程結(jié)束，關(guān)閉反射內(nèi)存。

4 結(jié)束語

基于反射內(nèi)存卡的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已在非接觸式接觸網(wǎng)檢測(cè)中應(yīng)用。經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)具有通信實(shí)時(shí)性好，數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸可靠性高的特點(diǎn)，滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需要，取得了良好的效果，是一種成熟、有效的方法。