專利名稱：內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的東風(fēng)11型準(zhǔn)高速內(nèi)燃機車采用TWP5型微機控制柜，使用了16位微機，通過裝配適當(dāng)軟件可以進行恒功勵磁和防空轉(zhuǎn)控制，并對柴油機及主要電氣設(shè)備進行保護，通過與顯示屏連接可以進行故障診斷，顯示和記錄。由于是采用16位微機，其運行速度較低，功能升級可能性小，并且沒有在線程序下載功能。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在提供一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)，它具有更高的運行速度，功能全面，具有在線程序下載功能。
它包括CPU電路1、完成對機車110V開關(guān)量信號檢測的開關(guān)量輸入電路2、完成對機車110V電器的驅(qū)動和勵磁回路斬波控制的開關(guān)量輸出電路3、完成對機車電源、電壓等模擬信號的采樣的模擬量處理電路4和對機車速度信號的采樣以及串行通信的接口驅(qū)動的系統(tǒng)接口電路5；
所述CPU電路1與開關(guān)量輸入電路2、開關(guān)量輸出電路3、模擬量處理電路4和系統(tǒng)接口電路5分別通過系統(tǒng)總線相連；所述CPU電路1包括32位微處理器MC68332，提供與外部計算機相連完成在線軟件下載服務(wù)的程序下載接口電路6、存儲器7和系統(tǒng)總線接口8，存儲器7包括RAM和閃爍存儲器FLASH，其中RAM有電池RAM10和不帶電池的RAM兩種。
所述的CPU電路1的32位微處理器MC68332的存儲器中的控制軟件包括為硬件接口電路提供驅(qū)動程序的底層板級支持包(BSP)，負(fù)責(zé)應(yīng)用程序模塊實時調(diào)度的操作系統(tǒng)(VRTX RTOS)層和用戶應(yīng)用程序?qū)印?br> 所述程序下載接口電路6包括一端與所述CPU電路1的32位微處理器MC68332的PROG*、332TXD、332RXD三個端口相連、另一端與外部計算機相連的通信接口9，分別通過地址線和數(shù)據(jù)線與微處理器MC68332相連的電池RAM10和閃爍存儲器11，且所述微處理器MC68332的(CSBOOT)端口和(CS0/CS1)端口分別通過電子開關(guān)K1、K2可選擇地與所述閃爍存儲器11的(FLASHCS)端口或電池RAM10的(MEMCSI/MEMES2)端口相連，閃爍存儲器即FLASH。
所述程序下載接口電路6是按以下步驟完成程序下載操作的
第一步檢測微處理器MC68332的編程位端口(PROG*)，如果它無效則系統(tǒng)正常運行，如果有效且電池RAM區(qū)有下載程序，就執(zhí)行RAM區(qū)下載程序，完成程序下載，否則進行第二步；第二步如果FLASH中有下載程序，就執(zhí)行FLASH下載程序，完成程序下載，并在系統(tǒng)正常運行后自動運行下載程序從閃爍存儲器到電池RAM的復(fù)制；否則，因無法進行程序下載而結(jié)束。
由于本發(fā)明采用了32位微處理器，并且增設(shè)了程序下載功能，使得其運行速度較以往控制系統(tǒng)大為提高，并可以方便地進行程序下載，操作靈活，提高了運行效率和可靠性。


圖1為本發(fā)明原理框圖；圖2為程序下載接口電路原理圖；圖3為程序下載程序流程圖。
具體實施例方式
如圖1-3所示，它包括CPU電路1、完成對機車110V開關(guān)量信號檢測的開關(guān)量輸入電路2、完成對機車110V電器的驅(qū)動和勵磁回路斬波控制的開關(guān)量輸出電路3、完成對機車電源、電壓等模擬信號的采樣的模擬量處理電路4和對機車速度信號的采樣以及串行通信的接口驅(qū)動的系統(tǒng)接口電路5；所述CPU電路1與開關(guān)量輸入電路2、開關(guān)量輸出電路3、模擬量處理電路4和系統(tǒng)接口電路5分別通過系統(tǒng)總線相連；所述CPU電路1包括32位微處理器MC68332，提供與外部計算機相連完成在線軟件下載服務(wù)的程序下載接口電路6、存儲器7和系統(tǒng)總線接口8。存儲器7包括RAM和閃爍存儲器FLASH，其中RAM有電池RAM10和不帶電池的RAM兩種，其中程序下載接口電路6、存儲器7和系統(tǒng)總線接口8均與MC68332相連。
MC68332采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括中央處理器模塊CPU32、系統(tǒng)集成模塊SIM、隊列串行模塊QSM、片上存儲器模塊RAM、定時處理器模塊TPU等。
中央處理器CPU32是32位的CPU，是系統(tǒng)的核心模塊，管理C68332和外部設(shè)備的全部活動，它通過內(nèi)部總線與MC68332的各模塊通信。
SIM模塊包括時鐘合成器、芯片選擇、外部總線接口、系統(tǒng)保護和系統(tǒng)測試子模塊等，每個模塊完成獨立的功能。
隊列串行模塊QSM為MC68332提供兩個獨立的串行通信接口，分別是隊列串行外圍接口QSPI和隊列通信接口SCI。
TPU可獨立于CPU之外，執(zhí)行各種定時、脈沖生成、馬達控制等與時間有關(guān)的操作，可以大大的減輕CPU的負(fù)擔(dān)。
新型微機控制系統(tǒng)軟件開發(fā)中應(yīng)用了VRTX RTOS嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。
VRTX-高性能實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的核心，是一種適用于嵌入式微處理器的硅軟件部分，提供了如下實時操作所要求的特性多任務(wù)支持驅(qū)動事件(event-driven)，基于優(yōu)先權(quán)的調(diào)度任務(wù)間通信和同步動態(tài)存儲器分配實時時鐘控制，具有可選時間片(time-slicing)字符型I/O支持實時響應(yīng)性具有了這些特性，VRTX就為實時、多任務(wù)應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)。
任務(wù)(Task)是RTOS中最重要的操作對象，每個任務(wù)在RTOS的調(diào)用下由CPU分時執(zhí)行。激活的或當(dāng)前任務(wù)是CPU正在執(zhí)行的任務(wù)，休眠的任務(wù)是在存儲器中保留其執(zhí)行的上下文背景、一旦切換為當(dāng)前任務(wù)即可從上次執(zhí)行的末尾繼續(xù)執(zhí)行的任務(wù)。任務(wù)的調(diào)度目前主要有時間分片式(TimeSlicing)、輪流查詢式(Round-Robin)和優(yōu)先搶占式(Preemptive)三種，不同的RTOS可能支持其中的一種或幾種，其中優(yōu)先搶占式對實時性的支持最好。
RTOS管理下的系統(tǒng)CPU和系統(tǒng)資源的時間是同時分配給不同任務(wù)的，這樣看起來就象許多任務(wù)在同時執(zhí)行，但實際上每個時刻只有一個任務(wù)在執(zhí)行，也就是當(dāng)前任務(wù)。任務(wù)的切換有兩種原因。當(dāng)一個任務(wù)正常地結(jié)束操作時，它就把CPU控制權(quán)交給RTOS，RTOS則檢查任務(wù)隊列中的所有任務(wù)，判斷下面那個任務(wù)的優(yōu)先級最高，需要先執(zhí)行。另一種情況是在一個任務(wù)執(zhí)行時，一個優(yōu)先級更高的任務(wù)發(fā)生了中斷，這時RTOS就將當(dāng)前任務(wù)的上下文保存起來，切換到中斷任務(wù)。RTOS經(jīng)常性地整理任務(wù)隊列，刪除結(jié)束的任務(wù)，增加新的要執(zhí)行任務(wù)，并將其按照優(yōu)先級從大到小的順序排列起來，這樣可以合理地在各個任務(wù)之間分配系統(tǒng)資源。
消息(Message)和郵箱(Mailbox)是RTOS中任務(wù)之間數(shù)據(jù)傳遞的載體和渠道，一個任務(wù)可以有多個郵箱。通過郵箱，各個任務(wù)之間可以異步地傳遞信息，沒有占用CPU時間的查詢和等待。當(dāng)RTOS包含片上總線接口驅(qū)動功能時，各個單片機之間的通信也通過郵箱的方式來進行，用戶并不需要了解更深的關(guān)于硬件的內(nèi)容。
信號燈(Semaphore)相當(dāng)于一種標(biāo)志(Flag)，通過預(yù)置，一個事件的發(fā)生可以改變信號燈。一個任務(wù)可以通過監(jiān)測信號燈的變化來決定其行動，在監(jiān)測信號燈變化的時候不消耗CPU時間，信號燈對任務(wù)的觸發(fā)是由RTOS來完成的。通過使用信號燈，一個任務(wù)在等待事件變化的時候就可以不必不斷查詢，而把CPU時間出讓給其它任務(wù)。
RTOS對系統(tǒng)存儲區(qū)進行統(tǒng)一分配，分配的方式可以是動態(tài)的或靜態(tài)的，每個任務(wù)在需要存儲區(qū)時都要向RTOS內(nèi)核申請。RTOS通過使用存儲分配類核心對象管理數(shù)據(jù)存儲器，在動態(tài)分配時能夠防止存儲區(qū)的零碎化。
RTOS提供了一種通用的設(shè)計用于中斷管理，有效率而靈活，這樣可以實現(xiàn)最小的中斷潛伏時間和最大的中斷響應(yīng)度。RTOS內(nèi)核中的資源對象類則實現(xiàn)了對系統(tǒng)實體資源或虛擬資源的獨占式訪問，一個任務(wù)可以取得對資源的唯一訪問權(quán)，其它任務(wù)在資源釋放以前無法訪問，這樣可以避免資源沖突。設(shè)計完善的RTOS具有檢查可能導(dǎo)致系統(tǒng)死鎖的資源調(diào)用設(shè)計。
控制系統(tǒng)軟件分三層應(yīng)用程序?qū)?、VRTX RTOS(操作系統(tǒng))層和BSP層。
底層為板級支持包(BSP)，即為硬件接口電路驅(qū)動程序；中間一層是VRTX RTOS(操作系統(tǒng))層，負(fù)責(zé)應(yīng)用程序模塊的定時調(diào)度；頂層是用戶應(yīng)用程序。
所述的CPU電路1的32位微處理器MC68332的存儲器中的控制軟件包括為硬件接口電路提供驅(qū)動程序的底層板級支持包(BSP)，負(fù)責(zé)應(yīng)用程序模塊實時調(diào)度的中間操作系統(tǒng)(VRTX RTOS)和用戶應(yīng)用程序?qū)印?br> 所述程序下載接口電路6包括一端與所述CPU電路1的32位微處理器MC68332的PROG*、332TXD、332RXD三個端口相連、另一端與外部計算機相連的通信接口9，分別通過地址線和數(shù)據(jù)線與微處理器MC68332相連的電池RAM10和閃爍存儲器11，且所述微處理器MC68332的(CSBOOT)端口和(CS0/CS1)端口分別通過電子開關(guān)K1、K2，可選擇地與所述閃爍存儲器11的(FLASHCS)端口或電池RAM10的(MEMCS1/MEMES2)端口相連；所述程序下載接口電路6是按以下步驟完成程序下載操作的第一步檢測微處理器MC68332的編程位端口(PROG*)，如果它無效則系統(tǒng)正常運行，如果有效且電池RAM區(qū)有下載程序，就執(zhí)行RAM區(qū)下載程序，完成程序下載，否則進行第二步；第二步如果FLASH中有下載程序，就執(zhí)行FLASH下載程序，完成程序下載，并在系統(tǒng)正常運行后自動運行下載程序從閃存到電池RAM的復(fù)制；否則，因無法進行程序下載而結(jié)束。
本發(fā)明是為內(nèi)燃機車(動車組)開發(fā)的新一代微機控制系統(tǒng)，它在國產(chǎn)機車微機控制裝置中首次應(yīng)用32位微處理器，全部采用SMT工藝，系統(tǒng)具有很強模塊化結(jié)構(gòu)及控制功能，是國內(nèi)現(xiàn)有內(nèi)燃機車微機控制系統(tǒng)的功能擴充和升級換代產(chǎn)品。由于本發(fā)明采用了32位微處理器，并且增設(shè)了程序下載功能，使得其運行速度較以往控制系統(tǒng)大為提高，并可以方便地進行程序下載，操作靈活，提高了運行效率和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)，其特征在于它包括CPU電路(1)、完成對機車110V開關(guān)量信號檢測的開關(guān)量輸入電路(2)、完成對機車110V電器的驅(qū)動和勵磁回路斬波控制的開關(guān)量輸出電路(3)、完成對機車電源、電壓等模擬信號的采樣的模擬量處理電路(4)和對機車速度信號的采樣以及串行通信的接口驅(qū)動的系統(tǒng)接口電路(5)；所述CPU電路(1)與開關(guān)量輸入電路(2)、開關(guān)量輸出電路(3)、模擬量處理電路(4)和系統(tǒng)接口電路(5)分別通過系統(tǒng)總線相連；所述CPU電路(1)包括32位微處理器MC68332，提供與外部計算機相連完成在線軟件下載服務(wù)的程序下載接口電路(6)、存儲器(7)和系統(tǒng)總線接口(8)。
2.如權(quán)利要求1的一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)，其特征在于所述存儲器(7)包括RAM和閃爍存儲器FLASH，其中RAM有電池RAM(10)和不帶電池的RAM兩種。
3.如權(quán)利要求1的一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的CPU電路(1)的32位微處理器(MC68332)的存儲器中的控制軟件包括為硬件接口電路提供驅(qū)動程序的底層板級支持包(BSP)，負(fù)責(zé)應(yīng)用程序模塊實時調(diào)度的中間操作系統(tǒng)(VRTX RTOS)和用戶應(yīng)用程序?qū)印?br> 4.如權(quán)利要求1的一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)，其特征在于所述程序下載接口電路(6)包括一端與所述CPU電路(1)的32位微處理器(MC68332)的(PROG*、332TXD、332RXD)三個端口相連、另一端與外部計算機相連的通信接口(9)，分別通過地址線和數(shù)據(jù)線與微處理器(MC68332)相連的電池RAM(10)和閃爍存儲器(11)，且所述微處理器(MC68332)的(CSBOOT)端口和(CS0/CS1)端口分別通過電子開關(guān)(K1)、電子開關(guān)(K2)，可選擇地與所述閃爍存儲器(11)的(FLASHCS)端口或電池RAM(10)的(MEMCS1/MEMES2)端口相連。
5.如權(quán)利要求1的一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的程序下載接口電路(6)是按以下步驟完成程序下載操作的第一步檢測微處理器MC68332的編程位端口(PROG*)，如果它無效則系統(tǒng)正常運行，如果有效且電池RAM區(qū)有下載程序，就執(zhí)行RAM區(qū)下載程序，完成程序下載，否則進行第二步；第二步如果FLASH中有下載程序，就執(zhí)行FLASH下載程序，完成程序下載，并在系統(tǒng)正常運行后自動運行下載程序從閃存到電池RAM的復(fù)制；否則，因無法進行程序下載而結(jié)束。
全文摘要
一種內(nèi)燃機車新型微機控制系統(tǒng)，它包括CPU電路1、完成對機車110V開關(guān)量信號檢測的開關(guān)量輸入電路2、完成對機車110V電器的驅(qū)動和勵磁回路斬波控制的開關(guān)量輸出電路3、完成對機車電源、電壓等模擬信號的采樣的模擬量處理電路4和對機車速度信號的采樣以及串行通信的接口驅(qū)動的系統(tǒng)接口電路5；采用了32位微處理器，并且增設(shè)了程序下載功能，使得其運行速度較以往控制系統(tǒng)大為提高，并可以方便地進行程序下載，操作靈活，提高了運行效率和可靠性。
文檔編號B61D17/12GK1513713SQ0312453
公開日2004年7月21日 申請日期2003年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者姚曉陽, 馬文俊, 吳正平, 劉智聰, 郭銳, 雷滿生, 何良, 任文毅 申請人:株洲時代集團公司