轨道电路设备故障维护信息自存储及处理技术研究

蔡伟红，吴晶晶，王景辉

（1.中国铁路广州局集团有限公司长沙工程建设指挥部，湖南 长沙 410007；2.固安信通信号技术股份有限公司，河北 固安 065500）

0 引 言

故障维护信息管理的作用为记录轨道电路设备运行期间的重要参数，了解设备的运行状态，快速定位设备的运行节点，分析设备异常状况等。根据故障维护信息，可以帮助运行人员掌握运行情况，积累运行经验，指导运行工作，也可以及时发现设备隐患，做到及时消除，此外还能提供事故分析及检修数据，从而为后续保证设备的安全运行提供数据支撑。

近年来，数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）广泛应用于轨道电路信号处理及通信设备中，存储器已成为许多电路系统中不可缺少的组成部分，这是故障维护信息以运行日志方式存储的技术实现支持。

在嵌入式系统中，Flash和带电可擦可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）能够存储可用于通信或执行某些功能的数据，通过多种不同的串行协议来连接存储设备[1]。单片机中也集成了多种不同类型的串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）存储设备。另外，Flash和EEPROM均为非易失性存储器，意味着该设备能够保存数据，且在关闭电源的情况下也能保留历史数据信息。它们都是电子可写和可擦除存储器，用以存储单片机的应用程序及数据信息。

1 EEPROM和Flash

EEPROM可以在字节级别读取，写入和擦除数据。Flash是EEPROM的一种，在结构上以块的形式排列，在块中擦除数据，并且可以在字节级别读取或写入数据。

使用闪存或EEPROM设备有很多优点和缺点，具体如下。（1）由于EEPROM以字节为单位运行其擦除功能，因此增加了清除和编辑设备所花费的时间，但允许开发人员在需要时编辑特定部分。Flash能够擦除大量数据，从而大大提高了擦除速度，并使设备可以更紧凑地存储信息。但是由于这个原因，它也失去了编辑某些字节的能力，从而迫使开发人员在进行任何更改时都重写整个数据块。（2）在存储设备上执行多个擦除和写入周期将导致其最终随着时间的推移而降级。使用EEPROM的优点之一是使用寿命更长，EEPROM在其生命周期内最多可以执行1 000 000个擦除/重写周期。根据Flash的类型，其使用寿命会缩短，大多数Flash产品在磨损开始恶化存储完整性之前能够承受大约10 000～1 000 000次擦除/写入循环。就大小和成本而言，Flash具有比EEPROM更小的存储单元尺寸，并且实现成本更低[2,3]。因此，本文采用Flash作为存储器，描述对轨道电路设备故障维护信息自主进行存储和读取。

2 故障维护信息自存储

故障维护信息包括信号的外部配置、载频、低频、电压等信息，设备正常运行过程中，周期维护数据存储到一个Buffer中，设备故障后对Buffer中的既有数据按获取时间排序，同时接收通道故障码，获取所有信息后将排序后的数据再存储到Flash中，以便离线维护使用。

存储故障信息前，应先对中央处理器（Central Processing Unit，CPU）芯片进行配置。配置步骤为：（1）在CPU芯片对外设进行相应的初始化，包括对引脚的配置、通信速率的设定、邮箱的收发配置等；（2）配置MUX寄存器，选定引脚配置成特殊功能，即CANRX和CANTX；（3）配置ECanXRegs和ECanXMboxes寄存器，即配置和使能ECanB中的邮箱，用于发送CPU1中Flash存储的维护数据，ECanA中的邮箱用于发送CPU2中Flash存储的维护数据[4]。

Flash存储策略选用预留存储空间的方式，预留32 768 Byte的空间。Buffer中的信息仅在设备故障后才会存储到Flash中，大小为120 Byte，并在故障分析后可知，空间足够使用。

轨道电路设备故障维护信息自存储实现流程如图1所示。

图1 Flash存储流程

3 故障维护信息读取

设备故障后进行离线分析，读取采用控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）通信方式。当检测到邮箱收到同步帧后发送故障数据，将故障信息读取到分析软件中，然后按照帧数据格式进行解析得到故障描述[5]。故障维护信息发送方式采用定时发送，发送方式如图2所示。

图2 CAN读取方式

故障维护信息发送到分析软件的数据格式为16进制，如图3所示。

图3 故障维护信息数据

每周期存储1组信息，每组信息24 Byte，共存储多个运行周期的数据。其中，右侧是故障前的运行状态信息，左侧是对故障编码对应故障描述，便于辅助定位故障。

4 结 论

本文提出了一种新的Flash故障维护信息存储技术，能够实现故障信息的高效存储及分析。Flash存储技术比较简单且实用，在嵌入式系统设计的嵌入式数据存储系统中，可以检验嵌入式数据存储系统在实际应用中的表现。通过以上分析可以看出，Flash存储相比传统的磁盘存储有很多优势，有望显著提高存储系统的性能，降低能耗，但同时也存在一些缺陷，亟需进一步研究。根据Flash读写存储的编程特点，后续有必要对其进行存储过程管理，以使整个系统性能得以改善。