开放式司机显示屏HMI软件开发平台构建研究

魏海洋　刘大伟

摘要：司机显示屏技术是列车网络控制技术的重要组成部分，司机显示屏HMI软件开发平台的构建直接影响列车网络控制系统的开发。文章从操作系统、硬件平台、软件平台三个方面展开讨论，提出了开放式司机显示屏HMI软件开发平台的构建方案。

关键词：列车网络；开放式司机显示屏；HMI软件开发平台；高速动车组；硬件平台；软件平台 文献标识码：A

中图分类号：TP311 文章编号：1009-2374（2015）31-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.007

1 平台背景

高速动车组技术的发展推动着列车网络控制技术的发展。列车网络控制技术是动车组技术的核心关键技术，司机显示屏技术是列车网络控制技术的重要组成部分，司机显示屏HMI软件开发平台的构建，直接影响列车网络控制系统的开发。构建开放、可扩展的司机显示屏HMI软件开发平台，对打造完全自主的列车网络控制系统、对动车组技术的发展具有至关重要的意义。

2 平台要求

平台须符合下述要求：

2.1 开放性

平台应具备丰富的应用接口，可以根据需求扩展平台功能、进行二次开发；可以与不同的列车网络控制系统平台、显示屏硬件平台、显示屏软件平台无缝对接。

2.2 灵活性

可以灵活选取操作系统、硬件平台、软件平台来构建司机显示屏HMI软件开发平台，而不会影响到平台的功能和性能。

2.3 可扩展性

可扩展性是平台构建的原则之一，它以添加新功能或修改完善现有功能来考虑平台的未来成长。可扩展性是平台优劣的重要影响因素。

3 平台构建

司机显示屏HMI软件开发平台主要由操作系统、硬件平台、软件平台三部分构成。构建开放的司机显示屏HMI软件开发平台需要综合考虑这三方面内容：

3.1 操作系统

列车显示屏是对实时性和稳定性要求比较高的设备，嵌入式操作系统因其在实时性和稳定性方面的俱佳表现，而广泛应用于嵌入式设备。当前主流的嵌入式操作系统有Linux、QNIX、VxWorks、Windows XPE等。

3.1.1 Linux。Linux是基于POSIX和UNIX的多任务、多用户、支持多CPU和多线程的操作系统，是一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统。

Linux操作系统的特点：（1）多用户、多任务。Linux支持多用户，保证了各用户之间互不影响。多任务使多个程序同时并独立地运行；（2）支持多种平台。Linux可以运行在多种硬件平台上，同时Linux也支持多处理器技术；（3）良好的界面。Linux同时具有图形界面和字符界面；（4）开源免费。Linux是一款开源免费的操作系统，可以免费获得。

3.1.2 QNX。QNX操作系统是加拿大QSSL公司设计开发的一种实时操作系统，它是一个真正意义上的微内核嵌入式实时操作系统。它的特点是微内核、多任务、多线程、高可靠性、实时性、可扩展性、可移植性。并且性能上有很大提升，在对实时性有严格要求的领域得到广泛应用。

3.1.3 VxWorks。VxWorks是由美国风河公司推出的一款具有高性能、高可靠性、可裁减的嵌入式实时操作系统。它以其卓越的实时性和可靠性被广泛地应用于军事、航空航天、通信等高精尖技术及实时性要求较高的领域中。

多任务内核、任务间通信、任务机制和中断处理机制等，是VxWorks操作系统的核心。

3.1.4 Windows XPE。XPE是基于Windows XP Embedded的操作系统。系统具有微内核、资源占用少、启动速度快、高可靠性、增强写保护等桌面XP系统所不具备的功能。XPE和Windows XP专业版拥有相同的核心，拥有Windows XP专业版的所有功能和属性，具备Windows XP专业版所有应用软件的兼容性。

综上，QNX和VxWorks操作系统具有良好的实时性、卓越的可靠性，但属于付费操作系统；Windows XPE操作系统在稳定性方面要差一些，不适合反复重启的司机显示屏设备；Linux操作系统实时性好、稳定性高，开源免费，又与其他操作系统具有相似性，是构建开放司机显示屏开发平台的首先操作系统。

3.2 硬件平台

硬件平台的搭建主要是显示屏的选择问题，选择的显示屏稳定性要好、可维护性要高，并可提供多样的技术支持和技术服务。

主要的显示屏供应商国外有PIXY、DEUTA；国内有盛博科技。

3.2.1 PIXY。帕克西（PIXY）是全球轨道交通行业移动显示设备领域领先的生产制造商。帕克西这一品牌代表着在全球交通系统，特别是轨道交通系统中的高质量的硬件及软件产品。所有生产的显示设备以高度集成、坚固耐用、精密等特点著称，特别适用于恶劣的交通和工业环境。

帕克西显示屏主要应用于地铁、中低速动车组等

领域。

3.2.2 DEUTA。德国德意达（DEUTA）公司致力于国内外铁路及城市轨道交通车载设备的引进、开发、生产和服务。公司以领先的技术和服务，使公众享受轨道交通带来的安全、舒适和便捷作为企业使命。主要产品有雷达传感器及测试系统、指针仪表、多功能显示终

端等。

德意达显示屏主要应用于地铁、监测系统等领域。

3.2.3 盛博科技。北京盛博协同科技有限公司，是专业从事嵌入式计算机硬件、软件及相关产品开发、生产、销售及服务的高新技术企业。多年来，坚持走自主开发、合作双赢之路，不断推出客户适用的产品和系统解决方案。

产品广泛应用于交通运输、网络通讯、智能仪器等领域。endprint

上述显示屏供应商，可提供的显示屏有按键屏、触摸屏；尺寸为10.4寸或12.1寸；分辨率为640*480、800*600、1024*768；IO接口有串口、LAN、MVB、CAN、USB、Audio。亦可根据用户需求定制。

帕克西公司显示屏以稳定、可靠、可定制，以及完善的技术支持和技术服务，受到用户的广泛好评，逐渐成为显示屏开发平台的首先硬件平台。

3.3 软件平台

司机显示屏HMI软件开发主要是图形界面的开发。因此，采用跨平台、可移植、图形库丰富的Qt为图形界面开发框架，以Qt Creator为开发工具。

3.3.1 Qt。Qt是奇趣科技开发的一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序。它为应用软件开发者提供了建立美观图形用户界面所需的所有功能。Qt允许真正地组件编程，并且很容易扩展。

（1）跨平台性。Qt支持的操作系统包括Microsoft Windows、Linux、QNX、SunOS、SCO、HP-UX等；（2）丰富的API。Qt包括200多个C++类，还提供基于模板的serialization、collections、file类；（3）面向对象。Qt通过良好的封装和重载机制，使得Qt的模块化程度得到提升，可重用性得到提高；（4）支持2D/3D图形渲染，支持OpenGL。

3.3.2 Qt Creator。Qt Creator是一款新的轻量级的跨平台的Qt集成开发环境（IDE）。它的设计目标是使开发人员能够利用Qt这个应用程序框架更加简便、快速地完成开发任务。此IDE能够跨平台运行，支持Windows、Linux、Mac OS X等操作系统。

Qt Creator集成了Qt Designer、Qt Linguist、Qt Assistant、qmake构建工具等，包括C++代码编辑器、项目生成向导、浏览文件及类的工具、图形化的GDB调试前端等。

4 结语

以Linux为操作系统，以基于Inter X86架构的帕克西Inc70系列显示屏为硬件平台，以Qt Creator为软件平台构建司机显示屏HMI软件开发平台。为未来开发平台的灵活配置和扩展留出了足够的空间，符合当前构建司机显示屏HMI软件开发平台要求。

参考文献

[1] 吕建平.基于Linux平台的可视语音聊天系统的设计与实现[D].成都理工大学，2012.

[2] 王顺华.基于ARM嵌入式系统的多媒体应用开发[D].南京邮电大学，2011.

[3] 杨宁辉，陈怀民，等.基于QNX的无人机地面控制台嵌入式系统开发[J].计算机测量与控制，2011，（6）.

[4] 彭华，沈为群，等.一种基于VxWorks的飞行仿真实时管理系统[J].系统仿真学报，2003，（8）.

作者简介：魏海洋（1984-），男，陕西延安人，唐山轨道客车有限责任公司产品技术研究中心工程师，研究方向：列车网络控制技术。

（责任编辑：周 琼）endprint