魏海洋　劉大偉

摘要：司機(jī)顯示屏技術(shù)是列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的重要組成部分，司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺的構(gòu)建直接影響列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的開發(fā)。文章從操作系統(tǒng)、硬件平臺、軟件平臺三個方面展開討論，提出了開放式司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺的構(gòu)建方案。

關(guān)鍵詞：列車網(wǎng)絡(luò)；開放式司機(jī)顯示屏；HMI軟件開發(fā)平臺；高速動車組；硬件平臺；軟件平臺 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP311 文章編號：1009-2374（2015）31-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.007

1 平臺背景

高速動車組技術(shù)的發(fā)展推動著列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展。列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是動車組技術(shù)的核心關(guān)鍵技術(shù)，司機(jī)顯示屏技術(shù)是列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的重要組成部分，司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺的構(gòu)建，直接影響列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的開發(fā)。構(gòu)建開放、可擴(kuò)展的司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺，對打造完全自主的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、對動車組技術(shù)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。

2 平臺要求

平臺須符合下述要求：

2.1 開放性

平臺應(yīng)具備豐富的應(yīng)用接口，可以根據(jù)需求擴(kuò)展平臺功能、進(jìn)行二次開發(fā)；可以與不同的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)平臺、顯示屏硬件平臺、顯示屏軟件平臺無縫對接。

2.2 靈活性

可以靈活選取操作系統(tǒng)、硬件平臺、軟件平臺來構(gòu)建司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺，而不會影響到平臺的功能和性能。

2.3 可擴(kuò)展性

可擴(kuò)展性是平臺構(gòu)建的原則之一，它以添加新功能或修改完善現(xiàn)有功能來考慮平臺的未來成長?？蓴U(kuò)展性是平臺優(yōu)劣的重要影響因素。

3 平臺構(gòu)建

司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺主要由操作系統(tǒng)、硬件平臺、軟件平臺三部分構(gòu)成。構(gòu)建開放的司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺需要綜合考慮這三方面內(nèi)容：

3.1 操作系統(tǒng)

列車顯示屏是對實時性和穩(wěn)定性要求比較高的設(shè)備，嵌入式操作系統(tǒng)因其在實時性和穩(wěn)定性方面的俱佳表現(xiàn)，而廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)備。當(dāng)前主流的嵌入式操作系統(tǒng)有Linux、QNIX、VxWorks、Windows XPE等。

3.1.1 Linux。Linux是基于POSIX和UNIX的多任務(wù)、多用戶、支持多CPU和多線程的操作系統(tǒng)，是一套免費使用和自由傳播的類UNIX操作系統(tǒng)。

Linux操作系統(tǒng)的特點：（1）多用戶、多任務(wù)。Linux支持多用戶，保證了各用戶之間互不影響。多任務(wù)使多個程序同時并獨立地運行；（2）支持多種平臺。Linux可以運行在多種硬件平臺上，同時Linux也支持多處理器技術(shù)；（3）良好的界面。Linux同時具有圖形界面和字符界面；（4）開源免費。Linux是一款開源免費的操作系統(tǒng)，可以免費獲得。

3.1.2 QNX。QNX操作系統(tǒng)是加拿大QSSL公司設(shè)計開發(fā)的一種實時操作系統(tǒng)，它是一個真正意義上的微內(nèi)核嵌入式實時操作系統(tǒng)。它的特點是微內(nèi)核、多任務(wù)、多線程、高可靠性、實時性、可擴(kuò)展性、可移植性。并且性能上有很大提升，在對實時性有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

3.1.3 VxWorks。VxWorks是由美國風(fēng)河公司推出的一款具有高性能、高可靠性、可裁減的嵌入式實時操作系統(tǒng)。它以其卓越的實時性和可靠性被廣泛地應(yīng)用于軍事、航空航天、通信等高精尖技術(shù)及實時性要求較高的領(lǐng)域中。

多任務(wù)內(nèi)核、任務(wù)間通信、任務(wù)機(jī)制和中斷處理機(jī)制等，是VxWorks操作系統(tǒng)的核心。

3.1.4 Windows XPE。XPE是基于Windows XP Embedded的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)具有微內(nèi)核、資源占用少、啟動速度快、高可靠性、增強(qiáng)寫保護(hù)等桌面XP系統(tǒng)所不具備的功能。XPE和Windows XP專業(yè)版擁有相同的核心，擁有Windows XP專業(yè)版的所有功能和屬性，具備Windows XP專業(yè)版所有應(yīng)用軟件的兼容性。

綜上，QNX和VxWorks操作系統(tǒng)具有良好的實時性、卓越的可靠性，但屬于付費操作系統(tǒng)；Windows XPE操作系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面要差一些，不適合反復(fù)重啟的司機(jī)顯示屏設(shè)備；Linux操作系統(tǒng)實時性好、穩(wěn)定性高，開源免費，又與其他操作系統(tǒng)具有相似性，是構(gòu)建開放司機(jī)顯示屏開發(fā)平臺的首先操作系統(tǒng)。

3.2 硬件平臺

硬件平臺的搭建主要是顯示屏的選擇問題，選擇的顯示屏穩(wěn)定性要好、可維護(hù)性要高，并可提供多樣的技術(shù)支持和技術(shù)服務(wù)。

主要的顯示屏供應(yīng)商國外有PIXY、DEUTA；國內(nèi)有盛博科技。

3.2.1 PIXY。帕克西（PIXY）是全球軌道交通行業(yè)移動顯示設(shè)備領(lǐng)域領(lǐng)先的生產(chǎn)制造商。帕克西這一品牌代表著在全球交通系統(tǒng)，特別是軌道交通系統(tǒng)中的高質(zhì)量的硬件及軟件產(chǎn)品。所有生產(chǎn)的顯示設(shè)備以高度集成、堅固耐用、精密等特點著稱，特別適用于惡劣的交通和工業(yè)環(huán)境。

帕克西顯示屏主要應(yīng)用于地鐵、中低速動車組等

領(lǐng)域。

3.2.2 DEUTA。德國德意達(dá)（DEUTA）公司致力于國內(nèi)外鐵路及城市軌道交通車載設(shè)備的引進(jìn)、開發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)。公司以領(lǐng)先的技術(shù)和服務(wù)，使公眾享受軌道交通帶來的安全、舒適和便捷作為企業(yè)使命。主要產(chǎn)品有雷達(dá)傳感器及測試系統(tǒng)、指針儀表、多功能顯示終

端等。

德意達(dá)顯示屏主要應(yīng)用于地鐵、監(jiān)測系統(tǒng)等領(lǐng)域。

3.2.3 盛博科技。北京盛博協(xié)同科技有限公司，是專業(yè)從事嵌入式計算機(jī)硬件、軟件及相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。多年來，堅持走自主開發(fā)、合作雙贏之路，不斷推出客戶適用的產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案。

產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于交通運輸、網(wǎng)絡(luò)通訊、智能儀器等領(lǐng)域。endprint

上述顯示屏供應(yīng)商，可提供的顯示屏有按鍵屏、觸摸屏；尺寸為10.4寸或12.1寸；分辨率為640*480、800*600、1024*768；IO接口有串口、LAN、MVB、CAN、USB、Audio。亦可根據(jù)用戶需求定制。

帕克西公司顯示屏以穩(wěn)定、可靠、可定制，以及完善的技術(shù)支持和技術(shù)服務(wù)，受到用戶的廣泛好評，逐漸成為顯示屏開發(fā)平臺的首先硬件平臺。

3.3 軟件平臺

司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)主要是圖形界面的開發(fā)。因此，采用跨平臺、可移植、圖形庫豐富的Qt為圖形界面開發(fā)框架，以Qt Creator為開發(fā)工具。

3.3.1 Qt。Qt是奇趣科技開發(fā)的一個跨平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架。它既可以開發(fā)GUI程序，也可用于開發(fā)非GUI程序。它為應(yīng)用軟件開發(fā)者提供了建立美觀圖形用戶界面所需的所有功能。Qt允許真正地組件編程，并且很容易擴(kuò)展。

（1）跨平臺性。Qt支持的操作系統(tǒng)包括Microsoft Windows、Linux、QNX、SunOS、SCO、HP-UX等；（2）豐富的API。Qt包括200多個C++類，還提供基于模板的serialization、collections、file類；（3）面向?qū)ο蟆t通過良好的封裝和重載機(jī)制，使得Qt的模塊化程度得到提升，可重用性得到提高；（4）支持2D/3D圖形渲染，支持OpenGL。

3.3.2 Qt Creator。Qt Creator是一款新的輕量級的跨平臺的Qt集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。它的設(shè)計目標(biāo)是使開發(fā)人員能夠利用Qt這個應(yīng)用程序框架更加簡便、快速地完成開發(fā)任務(wù)。此IDE能夠跨平臺運行，支持Windows、Linux、Mac OS X等操作系統(tǒng)。

Qt Creator集成了Qt Designer、Qt Linguist、Qt Assistant、qmake構(gòu)建工具等，包括C++代碼編輯器、項目生成向?qū)?、瀏覽文件及類的工具、圖形化的GDB調(diào)試前端等。

4 結(jié)語

以Linux為操作系統(tǒng)，以基于Inter X86架構(gòu)的帕克西Inc70系列顯示屏為硬件平臺，以Qt Creator為軟件平臺構(gòu)建司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺。為未來開發(fā)平臺的靈活配置和擴(kuò)展留出了足夠的空間，符合當(dāng)前構(gòu)建司機(jī)顯示屏HMI軟件開發(fā)平臺要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂建平.基于Linux平臺的可視語音聊天系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都理工大學(xué)，2012.

[2] 王順華.基于ARM嵌入式系統(tǒng)的多媒體應(yīng)用開發(fā)[D].南京郵電大學(xué)，2011.

[3] 楊寧輝，陳懷民，等.基于QNX的無人機(jī)地面控制臺嵌入式系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機(jī)測量與控制，2011，（6）.

[4] 彭華，沈為群，等.一種基于VxWorks的飛行仿真實時管理系統(tǒng)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2003，（8）.

作者簡介：魏海洋（1984-），男，陜西延安人，唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品技術(shù)研究中心工程師，研究方向：列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint