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用于列车网络的HMI显示屏的系绞设计与实现

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摘要：在列车网络中，列车HMI显示屏非常重要，其能够实现人机对话与相关数据信息的显示。其中该系统所提供的数据可以使列车人员了解地铁的状况，从而能够更加安全的进行地铁车辆的操作。本文所涉及的，列车HMI显示屏系统为嵌入式Linux操作系统，列车司机显示单元硬件平台为ARM架构、通信协议以MVB通信协议为基础。

关键词：列车网络；司机显示单元；系统设计

列车人机对话以及系统显示离不开列车HMI显示屏，这可为列车驾驶员的操作及列车安全提供信息保证。司机显示单元是列车网络控制系统系统（TCMS）中的一部分，其能够将列车子系统状态监测，而且可以对列车进行控制。列车采用两路MVB总线，MVB总线在单元件设一个中继器进行连接，这样两个单元之间可以进行通讯和数据交换。列车司机可以通过HMI显示屏进行列车子系统的设置与控制。

1.系统原理

TCMS的主控设备可进行子系统状态信息、过程数据以及故障信息的收集、分析，其可通过MVB网络传送到HMI系统硬件MVB适配卡[1]。MVB硬件设备的物理层和数据链路层可将MVB数据进行接收、处理、发送。其中可进行数据的分析校检，从而使数据的可靠性得到确保[2]。HMI可将处理后的数据依据MVB协议将其封包。而且其应用程序可根据TCMS主控设备和HMI间的接口文件，将数据包进行处理，而且可将其显示在显示屏上。司机可通过HMI操作将子系统的数据流程发送到TCMS主控设备的MVB数据进行解析。

2.系统构架

HMI显示屏系统需要通过软件进行实现，其应用程序需要运行在特定的嵌入式操作系统平台。嵌入式操作系统可与计算机硬件的各子设备进行通讯，从而将调配系统的资源统一。

3.硬件环境

轨道交通对硬件具有一定的要求，其显示屏的工作温度等都要进行要求。本文讲述系统采用INC70显示屏，其工作温度在零下三十摄氏度与七十摄氏度之间，而且具备非常强的抗冲击、振动能力。其非常适应铁路交通的工作电压范围。其采用的扩展接口非常标准，存储卡也适应密集存储，属于触摸屏。该屏为高亮度的LCD屏，而且具备宽视角，具有背光按键可进行夜间操作。列车司机可通过计算机进行列车控制指令的发送，从而进行列车的运行方向改变、车门控制、受流器进行控制、制动测试的请求、慢速行驶指令、速度提升指令、速度降低指令、列车速度设定以及发车确认指令等。该系统可进行状态信息的接收，比如列车运控操作模式、列车运行模式、最大最小速度、列车当前速度、列车控制系统工作状态、列车状态、制动系统状态等。为了使系统实时、可靠，所以其需要选择高度集成的模块化结构，这样就将系统的硬件设计简化，而且其在可靠性与处理速度方面要优于传统的微处理器，这样能够更方便的进行高级语言的编程，根据系统的需要可进行接口的扩展，而且其使用非常方便、开发周期短。车载显示界面采用了动态加载、释放图片以及标签的方式实现。嵌入式CPU可从接口进行不同数据的接收、选择、释放、加载。这种方式使车载软件将列车状态信息参数进行实时、直观、准确的显示。

4.软件环境

当前嵌入式具有非常多的种类，表1中列出了当前常用的嵌入式操作系统，并将其优缺点进行列举。其中Linux的发展最快，而且应用非常广泛。

表2目前常用的嵌入式操作系统

其是按照嵌入式操作系统的需要设计的小型操作系统。该系统由Kernel内核与一些定制系统模块组成。Kernel占据的存储空间非常小，一般值需要几百kb，而且还需要加上其他的模块与应用程序。其具有多进程、多任务的系统特征，而且还具备实时性。一个小型的Linux系统仅需要引导程序、Linux微内核以及初始化三个基本元素。但是嵌入式的系统资源存在一定的限度，这样就使其难在硬件平台上进行软件开发。一般在计算机上进行程序的编写，然后通过交叉编译可生成目标板并使其在特定的位置进行运行。但交叉编译环境在嵌入式开发时具备显著的特点即需要交叉编译环境。对于交叉编译环境是编译、链接与调试嵌入式应用软件的环境。其与运行的嵌入式应用软件环境不同，通常采用宿主机的模式。宿主机中安装RedHat9.0操作系统，而且装有GCC编译器与Linux内核，同时建立交叉编译环境。目标机采用的芯片以ARM体系为基础，而且以compactflash卡为存储设备。其在宿主机上开发的程序可通过交叉编译，并下载到目标机上运行。图2为HMI软件的主流程图。

图7HMI软件的主流程图

结束语

HMI显示屏系统是列车网络非常重要的组成部分，其采用多层框架、模块化系统设计，这样能够使列车可操作性大大提升。通过该显示屏系统可以使列车驾驶员的操作与列车的安全运行提供信息保证，对列车今后的发展具有积极的影响。

Reference：

[1]杜苗苗，宋君君，冀云.地铁列车显示屏软件的设计与开发[J].铁道