CN112710917A - 用于轨道车辆电子设备的调试系统及调试方法 - Google Patents

用于轨道车辆电子设备的调试系统及调试方法 Download PDF

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CN112710917A CN202110001869.8A CN202110001869A CN112710917A CN 112710917 A CN112710917 A CN 112710917A CN 202110001869 A CN202110001869 A CN 202110001869A CN 112710917 A CN112710917 A CN 112710917A
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Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆电子设备的调试系统及调试方法，所述调试系统包括：FPGA，用于与待调试车辆电子设备进行数据交互；通信电路，与FPGA连接，用于传输FPGA内部的数据；电源电路，对FPGA和通信电路进行供电及进行电源管理；波形计算模块，对通信电路传输的数据进行计算解析并转化为波形；波形显示控制模块，对转化后的波形进行缩放处理并选择性显示；波形存储模块，用于存储转化后的波形。本发明操作简单、成本低，高效可靠，便携性好。

Description

用于轨道车辆电子设备的调试系统及调试方法
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，涉及轨道车辆电子设备调试技术，具体地说，涉及一种用于轨道车辆电子设备的调试系统及调试方法。
背景技术
随着轨道交通技术的迅猛发展，人们出行更多的选择地铁、动车组和高铁，轨道交通给人们带来便利性的同时，也对轨道车辆各个电子设备提出了更高的要求。在车辆载客运营之前，需要对各个电子设备进行充分的性能调试，以确保其在轨道车辆在实际运行过程中的可靠性和安全性。
轨道车辆有诸多电子设备，通常电子设备具有复杂的内部数据，在调试过程中往往需要获取内部数据来判断电子设备运行状态是否正确。传统的调试方法包括以下两种：一、依靠仿真器实现对电子设备板卡内部变量的实时观测，但是这种方法在调试现场有很大的局限性。二、通过外接数据记录仪的方式进行调试，这需要将电子设备内部变量由数字量转化为模拟量，由数据记录仪进行多通道采集并记录，这种调试方法需要昂贵的设备支持，调试过程复杂，便携性差，且对故障数据分析时需要人工查找故障点，无法对故障数据进行有效的触发并记录。
发明内容
本发明针对现有轨道车辆电子设备线程调试过程复杂等上述问题，提供了一种操作简单、成本低、高效可靠的用于轨道车辆电子设备的调试系统及调试方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于轨道车辆电子设备的调试系统，包括：
FPGA，用于与待调试车辆电子设备进行数据交互；
通信电路，与FPGA连接，用于传输FPGA内部的数据；
电源电路，对FPGA和通信电路进行供电及进行电源管理；
波形计算模块，对通信电路传输的数据进行计算解析并转化为波形；
波形显示控制模块，对转化的波形进行缩放处理并选择性显示；
波形存储模块，用于存储转化的波形。
进一步的，还包括上位机，所述波形计算模块、波形显示控制模块和波形存储模块设于所述上位机内。
进一步的，还包括：
数据存储电路，与FPGA连接，用于对FPGA内部的数据进行存储与读取；
时钟电路，与FPGA连接，用于提供时钟。
优选的，所述FPGA内部设有：
数据处理单元，用于对收发的数据按照既定协议进行解包或打包，并进行时序的对齐处理；
总线数据通讯单元，连接于待调试车辆电子设备与数据处理单元之间；
命令处理单元，连接于总线数据通信单元与数据处理单元之间，用于根据既定协议控制总线数据通讯单元将数据处理单元所需数据由总线数据通讯单元发送至数据处理单元；
驱动模块，与通信电路和数据存储电路连接，用于驱动通信电路和数据存储电路。
优选的，所述通信电路包括：
WIFI通信电路，与波形计算模块通过无线进行数据通信；
以太网通信电路，设有以太网接口，以太网通信电路与波形计算模块通过以太网接口进行数据通信；
USB通信电路，设有USB接口，USB通信电路与外部存储设备通过USB接口进行数据通信。
优选的，所述驱动模块包括：
WIFI电路驱动模块，与WIFI通信电路连接，用于驱动WIFI通信电路进行无线数据收发；
以太网电路驱动模块，与以太网通信电路连接，用于驱动以太网通信电路进行以太网数据收发；
USB电路驱动模块，与USB通信电路连接，用于驱动USB通信电路进行数据存储；
数据存储驱动模块，与数据存储电路连接，用于驱动数据存储电路进行数据的存储与读取。
进一步的，所述FPGA内部还设有时钟处理单元，与数据处理单元连接，用于调整时钟的时间与上位机的时间同步，为FPGA内部的数据提供时间戳。
优选的，所述电源电路包括电源管理芯片，用于对调试系统供电时序进行控制。
为了达到上述目的，本发明还提供一种用于轨道车辆电子设备的调试方法，基于上述用于轨道车辆电子设备的调试系统，其具体步骤为：
将待调试车辆电子设备板卡与调试系统连接，经FPGA内部的总线数据通讯单元将待调试车辆电子设备内部的数据进行缓存与管理；
将上位机通过WIFI或者以太网与调试系统的通信电路相连，上位机发送命令信息经FPGA内部的WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块进入数据处理单元进行解析后，发送至命令处理单元；命令处理单元控制总线数据通讯单元将数据处理单元所需的数据由总线数据通讯单元发送至数据处理单元；
数据处理单元接收到数据后发送至WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块，由WIFI电路驱动模块驱动WIFI通信电路或以太网电路驱动模块驱动以太网通信电路将数据发送至上位机，数据经波形计算模块计算解析后转化为波形，然后通过波形显示控制模块进行波形显示，并通过波形存储模块对波形进行存储。
优选的，数据处理单元接收到数据后发送至USB电路驱动模块，由USB电路驱动模块驱动USB通信电路将数据保存在外部存储设备上。
优选的，数据处理单元接收到数据后发送至数据存储驱动模块，由数据存储驱动模块驱动数据存储电路将数据存储在内部存储设备上。
优选的，待调试车辆电子设备板卡通过PCI高速总线或高速并行总线与调试系统连接。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明调试系统通过FPGA获取待调试车辆电子设备的数据，传输至波形计算模块，通过波形计算模块将所需数据转换为波形，然后通过波形显示控制模块和波形存储模块根据实际需求对数据进行波形显示控制和波形存储，数据传输速率高，操作简单，满足多种调试场合，为现场调试人员提供了极大便利。
(2)本发明无需外接波形测量设备，通过软件模块将数据转化为波形进行观测与存储，车辆电子设备内部的数据转换为模拟量进行观测，不受硬件约束，省去了笨重的数据记录仪等设备，携带方便、成本低。
(3)本发明调试系统中，设有数据存储电路和波形存储模块，通过数据存储电路能够实现对数据的存储与读取，便于下载相应数据；通过波形存储模块，能够实时存储波形数据，便于下载相应波形数据。
(4)本发明将调试系统设有时钟处理单元，能够为调试系统提供精确的时钟，并实现与上位机软件模块的时间同步，为数据提供时间戳。
(5)本发明还设有USB电路驱动模块及其驱动的USB通信电路，能够通过USB接口将数据存储于外部存储设备中。
附图说明
图1为本发明实施例用于轨道车辆电子设备的调试系统的结构框图；
图2为本发明实施例FPGA的结构框图。
图中，1、FPGA，101、数据处理单元，102、总线数据通讯单元，103、命令处理单元，104、WIFI电路驱动模块，105、以太网电路驱动模块，106、USB电路驱动模块，107、数据存储驱动模块，108、时钟处理单元，201、WIFI通信电路，202、以太网通信电路，203、USB通信电路，3、电源电路，4、波形计算模块，5、波形显示控制模块，6、波形存储模块，7、上位机，8、数据存储电路，9、时钟电路，10、车辆电子设备，11、外部存储设备，12、PCI高速总线，13、高速并行总线。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
现有轨道车辆电子设备的调试系统大都需要外接波形测量设备，设备笨重且携带不方便，本发明提供了一种用于轨道车辆电子设备的调试系统及调试方法，该调试系统包括集成于车辆电子设备内部的硬件部分(即FPGA、通信电路和电源电路)，以及设于上位机内的软件部分(即波形计算模块、波形显示控制模块和波形存储模块)，FPGA获取的数据经通信电路通过WIFI或以太网线传输至上位机中的软件部分，软件部分将接收到的数据以图像化波形的方式进行显示，操作简单，数据传输速率高，无需将车辆电子设备内部数据转换为模拟量后进行观测，省去了笨重的外接波形测量设备，携带方便，成本低，满足多种调试场合，且观测数据通道数量可通过上位机进行软配置，不受硬件约束。以下以具体的实施例对上述调试系统及调试方法进行详细说明。
实施例1：参见图1、2，一种用于轨道车辆电子设备的调试系统，包括：
FPGA1，与待调试车辆电子设备10连接，用于与待调试车辆电子设备10进行数据交互；
通信电路，与FPGA1连接，用于传输FPGA1内部的数据；
电源电路3，对FPGA1和通信电路进行供电及进行电源管理；
波形计算模块4，对通信电路传输的数据进行计算解析并转化为波形；
波形显示控制模块5，对转化后的波形进行缩放处理并选择性显示；
波形存储模块6，用于存储转化后的波形。
具体地，波形计算模块对其接收的数据进行计算解析，通过波形计算和比例运算及波形时域分析将数据转化为波形，波形比较和比例运算可对多组波形进行线性比例运算，满足波形逻辑计算的应用场合，波形时域分析是对数据信号的时域和频域分析，利于现场剖析波形分析问题。波形显示控制模块对转化后的波形进行缩放，并对波形采样率和波形通道进行选择，设定波形触发，波形缩放是指对波形进行放大与缩小，便于对波形的某些区域进行中点观测，选择波形通道是对特定波形通道的选择性显示，选择波形采样率是对波形的粗略和细化处理，满足不同场合的要求，设定波形触发是设定波形的触发阈值、上升沿触发或者下降沿触发。波形存储模块对波形进行存储时对波形存储格式和路径进行选择，波形计算模块转化后的波形可根据需求选择存储格式和存储路径，波形存储模块实时记录波形数据并存储，还可以通过波形存储模块对波形数据进行下载。
继续参见图1，上述调试系统还包括上位机7，所述波形计算模块4、波形显示控制模块5和波形存储模块6设于所述上位机7内。
继续参见图1，上述调试系统还包括：
数据存储电路8，与FPGA1连接，用于对FPGA1内部的数据进行存储与读取；
时钟电路9，与FPGA1连接，用于提供时钟。
具体地，时钟电路用于为本实施例调试系统提供工作时钟和实时时钟。
具体地，继续参加图2，所述FPGA内部设有：
数据处理单元101，用于对收发的数据按照既定协议进行解包或打包，并进行时序的对齐处理；
总线数据通讯单元102，连接于待调试车辆电子设备10与数据处理单元101之间；
命令处理单元103，连接于总线数据通信单元102与数据处理单元101之间，用于根据既定协议控制总线数据通讯单元将数据处理单元所需数据由总线数据通讯单元发送至数据处理单元；
驱动模块，与通信电路和数据存储电路8连接，用于驱动通信电路和数据存储电路8。
继续参见图1、2，具体地，总线数据通讯单元102通过PCI高速总线12与待调试车辆电子设备10板卡连接，或者通过高速并行总线13与待调试车辆电子设备10板卡连接，或者同时通过PCI高速总线12和高速并行总线13与待调试车辆电子设备10板卡连接。通过总线数据通讯单元对车辆电子设备的数据进行收集，并对数据进行滤波处理。
继续参见图1，所述通信电路包括：
WIFI通信电路201，与波形计算模块通过无线进行数据通信；
以太网通信电路202，设有以太网接口，以太网通信电路与波形计算模块通过以太网接口进行数据通信；
USB通信电路203，设有USB接口，USB通信电路与外部存储设备通过USB接口进行数据通信。
继续参见图2，所述驱动模块包括：
WIFI电路驱动模块，与WIFI通信电路连接，用于驱动WIFI通信电路进行无线数据收发；具体地，通过WIFI电路驱动模块驱动WIFI通信电路，将FPGA内部的数据通过WIFI通信电路发送至上位机，上位机通过其WIFI通信电路进行数据接收，或者上位机通过WIFI发送数据，经WIFI通信电路接收后，经WIFI电路驱动模块传输至FPGA，实现FPGA与上位机的无线通信。
以太网电路驱动模块，与以太网通信电路连接，用于驱动以太网通信电路进行以太网数据收发；具体地，通过以太网电路驱动模块驱动以太网通信电路，将FPGA内部的数据传输至上位机，或者上位机通过其以太网接口发送数据至以太网通信电路，经以太网电路驱动模块后达到FPGA，实现FPGA与上位机之间的有线通信。
USB电路驱动模块，与USB通信电路连接，用于驱动USB通信电路进行数据存储；通过USB电路驱动模块驱动USB通信电路对外部存储设备进行访问或者读取，便于现场调试人员下载或上传数据。
数据存储驱动模块，与数据存储电路连接，用于驱动数据存储电路进行数据的存储与读取。具体地，通过数据存储驱动模块访问数据存储电路，对数据存储电路进行读写操作，从而可以将FPGA内部的数据写入数据存储电路中或者读取数据存储电路中的数据，实现对数据的存储与读取。
具体地，所述FPGA内部还设有时钟处理单元，与数据处理单元连接，用于调整时钟的时间与上位机的时间同步，为FPGA内部的数据提供时间戳。
具体地，所述电源电路包括电源管理芯片，用于对调试系统供电时序进行控制，保证调试系统正常工作。
上述调试系统进行调试时，待调试车辆电子设备板卡通过PCI高速总线、或高速并行总线、或PCI高速总线和高速并行总线将待调试车辆电子设备内部的数据发送至总线数据通讯单元进行缓存与管理；上位机通过WIFI与WIFI通信电路进行通信或者通过以太网与以太网通信电路进行通信发送命令信息，命令信息经FPGA内部的WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块进入数据处理单元进行解析后，发送至命令处理单元；命令处理单元控制总线数据通讯单元将数据处理单元所需的数据由总线数据通讯单元发送至数据处理单元；数据处理单元接收到数据后发送至WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块，由WIFI电路驱动模块驱动WIFI通信电路或以太网电路驱动模块驱动以太网通信电路将数据发送至上位机，数据经波形计算模块计算解析后转化为波形，然后通过波形显示控制模块进行波形显示。数据处理单元接收到数据后还可以发送至USB电路驱动模块，由USB电路驱动模块驱动USB通信电路将数据保存在外部存储设备上，实现对数据外部存储。数据处理单元接收到数据后还可以发送至数据存储驱动模块，由数据存储驱动模块驱动数据存储电路将数据存储在内部存储设备上，实现对数据的内部存储。
本实施例上述调试系统采用软硬件结合的方式对待调试车辆电子设备进行调试，通过软件模块将车辆电子设备内部的数据转化为波形进行显示观测，无需将车辆电子设备内部的数据转换为模拟量进行观测，操作简单，高效可靠，省去了外接波形测量设备，成本低，便于携带，满足多种调试场合。
实施例2：一种用于轨道车辆电子设备的调试方法，采用实施例1所述用于轨道车辆电子设备的调试系统，其具体步骤为：
S1、将待调试车辆电子设备板卡通过PCI高速总线与调试系统连接，经FPGA内部的总线数据通讯单元将待调试车辆电子设备内部的数据进行缓存与管理。待调试车辆电子设备板卡与调试系统的连接方式不限于PCI高速总线，还可以通过高速并行总线连接，或者通过PCI高速总线和高速并行总线两种总线连接。
S2、将上位机通过WIFI或者以太网与调试系统的通信电路相连，上位机发送命令信息经FPGA内部的WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块进入数据处理单元进行解析后，发送至命令处理单元；命令处理单元控制总线数据通讯单元将数据处理单元所需的数据由总线数据通讯单元发送至数据处理单元。
S3、数据处理单元接收到数据后发送至WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块，由WIFI电路驱动模块驱动WIFI通信电路或以太网电路驱动模块驱动以太网通信电路将数据发送至上位机，数据经波形计算模块计算解析后转化为波形，然后通过波形显示控制模块进行波形显示。
上述调试方法中，数据处理单元接收到数据后还可以发送至USB电路驱动模块，由USB电路驱动模块驱动USB通信电路将数据保存在外部存储设备上，实现数据的外部存储，便于现场调试人员进行故障查询和数据下载。
上述调试方法中，数据处理单元接收到数据后还可以发送至数据存储驱动模块，由数据存储驱动模块驱动数据存储电路将数据存储在内部存储设备上，实现数据的内部存储，便于现场调试人员进行故障查询和数据下载。
本发明上述调试方法，采用软硬件结合的调试系统对待调试车辆电子设备进行调试，通过软件模块将车辆电子设备的数据转化为波形进行显示观测，无需将车辆电子设备内部的数据转换为模拟量进行观测，操作简单，高效可靠，省去了外接波形测量设备，成本低，便于携带，满足多种调试场合。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于轨道车辆电子设备的调试系统，其特征在于，包括：
FPGA(1)，用于与待调试车辆电子设备(10)进行数据交互；
通信电路，与FPGA(1)连接，用于传输FPGA内部的数据；
电源电路(3)，对FPGA(1)和通信电路进行供电及进行电源管理；波形计算模块(4)，对通信电路传输的数据进行计算解析并转化为波形；
波形显示控制模块(5)，对转化后的波形进行缩放处理并选择性显示；
波形存储模块(6)，用于存储转化后的波形。
2.如权利要求1所述的用于轨道车辆电子设备的调试系统，其特征在于，还包括上位机(7)，所述波形计算模块(4)、波形显示控制模块(5)和波形存储模块(6)设于所述上位机(7)内。
3.如权利要求2所述的用于轨道车辆电子设备的调试系统，还包括：
数据存储电路(8)，与FPGA(1)连接，用于对FPGA内部的数据进行存储与读取；
时钟电路，与FPGA连接，用于提供时钟。
4.如权利要求3所述的用于轨道车辆电子设备的调试系统，其特征在于，所述FPGA(1)内部设有：
数据处理单元(101)，用于对收发的数据按照既定协议进行解包或打包，并进行时序的对齐处理；
总线数据通讯单元(102)，连接于待调试车辆电子设备(10)与数据处理单元(101)之间；
命令处理单元(103)，连接于总线数据通信单元(102)与数据处理单元(101)之间，用于根据既定协议控制总线数据通讯单元将数据处理单元所需数据由总线数据通讯单元发送至数据处理单元；驱动模块，与通信电路和数据存储电路(8)连接，用于驱动通信电路和数据存储电路(8)。
5.如权利要求4所述的用于轨道车辆电子设备的调试系统，其特征在于，所述通信电路包括：
WIFI通信电路(201)，与波形计算模块(4)通过无线进行数据通信；
以太网通信电路(202)，设有以太网接口，以太网通信电路(202)通过以太网接口与波形计算模块(4)进行数据通信；
USB通信电路(203)，设有USB接口，USB通信电路(203)通过USB接口与外部存储设备(11)进行数据通信。
6.如权利要求5所述的用于轨道车辆电子设备的调试系统，其特征在于，所述驱动模块包括：
WIFI电路驱动模块(104)，与WIFI通信电路(201)连接，用于驱动WIFI通信电路(201)进行无线数据收发；
以太网电路驱动模块(105)，与以太网通信电路(202)连接，用于驱动以太网通信电路(202)进行以太网数据收发；
USB电路驱动模块(106)，与USB通信电路(203)连接，用于驱动USB通信电路(203)进行数据存储；
数据存储驱动模块(107)，与数据存储电路(8)连接，用于驱动数据存储电路(8)进行数据的存储与读取。
7.如权利要求4或6所述的用于轨道车辆电子设备的调试系统，其特征在于，所述FPGA内部还设有时钟处理单元(108)，分别与时钟电路(9)和数据处理单元(101)连接，用于调整时钟的时间与上位机的时间同步，为FPGA内部的数据提供时间戳。
8.如权利要求7所述的用于轨道车辆电子设备的调试系统，其特征在于，所述电源电路包括电源管理芯片，用于对调试系统供电时序进行控制。
9.一种用于轨道车辆电子设备的调试方法，其特征在于，基于如权利要求6-8任意一项所述用于轨道车辆电子设备的调试系统，其具体步骤为：
将待调试车辆电子设备板卡与调试系统连接，经FPGA内部的总线数据通讯单元将待调试车辆电子设备内部的数据进行缓存与管理；
将上位机通过WIFI或者以太网与调试系统的通信电路相连，上位机发送命令信息经FPGA内部的WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块进入数据处理单元进行解析后，发送至命令处理单元；命令处理单元控制总线数据通讯单元将数据处理单元所需的数据由总线数据通讯单元发送至数据处理单元；
数据处理单元接收到数据后发送至WIFI电路驱动模块或以太网电路驱动模块，由WIFI电路驱动模块驱动WIFI通信电路或以太网电路驱动模块驱动以太网通信电路将数据发送至上位机，数据经波形计算模块计算解析后转化为波形，然后通过波形显示控制模块进行波形显示，并通过波形存储模块对波形进行存储。
10.如权利要求9用于轨道车辆电子设备的调试方法，其特征在于，数据处理单元接收到数据后发送至数据存储驱动模块，由数据存储驱动模块驱动数据存储电路将数据存储在内部存储设备上。
11.如权利要求9用于轨道车辆电子设备的调试方法，其特征在于，数据处理单元接收到数据后发送至USB电路驱动模块，由USB电路驱动模块驱动USB通信电路将数据保存在外部存储设备上。
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