隨著我國機車控制水平的不斷提高，微機控制已經(jīng)成為我國機車控制的重要控制方式，而邏輯控制單元LCU（Logic Control Unit）作為主要完成機車運行邏輯控制、電路故障記錄控制等功能的控制模塊，是關(guān)系機車安全運行的重要部件。

　　ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應用等。 ARM（Asynchronous Resbonse Mode）異步響應方式異步響應方式ARM（Asynchronous Responses Mode）也是一種非平衡數(shù)據(jù)鏈路操作方式，與NRM不同的是，ARM下的傳輸過程由從站啟動。從站主動發(fā)送給主站的一個或一組幀中可包含有信息，也可以是僅以控制為目的而發(fā)的幀。在這種操作方式下，由從站來控制超時和重發(fā)。該方式對采用輪詢方式的多站鏈路來說是必不可少的。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計原理

　　LCU檢測就是對LCU內(nèi)部運行邏輯做出測試并進行故障診斷。測試系統(tǒng)通過向被測試的LCU發(fā)出初始命令，并查看其輸出結(jié)果是否與參考輸出相同，從而判斷被測試的LCU邏輯是否正確。

　　本文沿用傳統(tǒng)繼電器控制中的部分概念進行軟件分析。傳統(tǒng)硬件繼電器觸點分為“常開觸點”和“常閉觸點”兩類。一條線路的運行結(jié)果會反映到另外一個線圈上，因此，繼電器控制的輸出可以用線圈表示。

　　線路上的信號都可以采用二進制表達，所以測試的范圍會根據(jù)線路上觸點個數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)增長。對于要求不太嚴格的控制信號，只要求在適當?shù)臈l件下，得到開通或閉合的結(jié)果，其動作的條件為充分不必要條件。對于要求嚴格的控制信號，不僅要求在確定的條件下得到應有的結(jié)果，而且要保證這個條件是充分必要條件。因此，很大程度上測試可能會遍歷觸點的所有組合，測試的總體消耗時間就會擴充到很大的時間范圍。

　　可見，測試情況的選擇十分重要。測試復雜性的主要矛盾在于：需要證明充分必要條件的線路的多少以及該線路的觸點的多少。工業(yè)標準反映在程序中的情況就是保留測試的選擇性，便于在后續(xù)工作中進行選擇和修改。本系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

　　2 嵌入式Linux操作系統(tǒng)移植

　　Linux是一類Unix計算機操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱。Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核的名字也是“Linux”。Linux操作系統(tǒng)也是自由軟件和開放源代碼發(fā)展中著名的例子。嚴格來講，Linux這個詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實際上人們已經(jīng)習慣了用Linux來形容整個基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫的操作系統(tǒng)。Linux 操作系統(tǒng)是UNIX 操作系統(tǒng)的一種克隆系統(tǒng)。它誕生于1991 年的10 月5 日（這是次正式向外公布的時間）。以后借助于Internet 網(wǎng)絡，并經(jīng)過全世界各地計算機愛好者的共同努力下，現(xiàn)已成為今天世界上使用多的一種UNIX 類操作系統(tǒng)，并且使用人數(shù)還在迅猛增長。

　　在一種計算機環(huán)境中運行的編譯程序，能編譯出在另外一種環(huán)境下運行的代碼，我們就稱這種編譯器支持交叉編譯。這個編譯過程就叫交叉編譯。簡單地說，就是在一個平臺上生成另一個平臺上的可執(zhí)行代碼。這里需要注意的是所謂平臺，實際上包含兩個概念：體系結(jié)構(gòu)（Architecture）、操作系統(tǒng)（Operating System）。同一個體系結(jié)構(gòu)可以運行不同的操作系統(tǒng)；同樣，同一個操作系統(tǒng)也可以在不同的體系結(jié)構(gòu)上運行。舉例來說，我們常說的x86 Linux平臺實際上是Intel x86體系結(jié)構(gòu)和Linux for x86操作系統(tǒng)的統(tǒng)稱；而x86 WinNT平臺實際上是Intel x86體系結(jié)構(gòu)和Windows NT for x86操作系統(tǒng)的簡稱。要進行交叉編譯，我們需要在主機平臺上安裝對應的交叉編譯工具鏈（cross compilation tool chain），然后用這個交叉編譯工具鏈編譯我們的源代碼，終生成可在目標平臺上運行的代碼。編譯順序如圖2所示。

　　搭建ARM交叉編譯器的步驟：（1）編譯安裝binutils；（2）安裝linux 的頭文件；（3）編譯安裝gcc的c 編譯器；（4）編譯安裝 glibc；（5）編譯安裝gcc的c、c++編譯器。

　　Boot-loader是RAM芯片的引導程序，它的作用是加載操作系統(tǒng)。兩個著名的開源Boot-loader，其中一個是U-boot，它的形式就是一個代碼包，包中按照Linux一般的編程習慣和不同的目標板，將相應的匯編和C語言代碼羅列在對應的文件夾下，讓開發(fā)人員自行配置。

　　修改U-boot的過程：（1）基本的硬件初始化；（2）跳轉(zhuǎn)到 Stage2 的 C 入口點；（3）定義函數(shù)Nand_init；（4）跳轉(zhuǎn)到Kernel。

　　Linux內(nèi)核就是一個可執(zhí)行的Linux操作系統(tǒng)的套件集合，簡稱內(nèi)核[3]。套件的選擇，就是內(nèi)核的配置。內(nèi)核的配置表明了內(nèi)核的可調(diào)整性。根據(jù)Linux軟件的開發(fā)規(guī)則，可到Linux內(nèi)核源碼包的路徑下，在終端使用配置命令進行內(nèi)核配置。在配置內(nèi)核的時候，需要定義內(nèi)核啟動的命令行。

　　3 LCU檢測系統(tǒng)應用程序

　　3.1 軟件設(shè)計及其要素

　　軟件的應用設(shè)計，就是確定軟件的各個部分及各部分之間的相互關(guān)系，信息在其中發(fā)送、傳遞和接收，以及部分運動發(fā)展的走向和趨勢，終得到可以預見的結(jié)果。

　　面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)，從不同的對待問題的層次出發(fā)能得到不同問題的解決方案。其基本工作流程如圖3所示。

　　3.2 定義基本的類和對象及人機界面的設(shè)計

　　在需求分析的說明中，常出現(xiàn)的三個名詞分別是觸點、測試和線圈。每個測試包含了不同的線圈，每個線圈又分別由觸點組成。所以，觸點、線圈和測試能夠分別抽象出來做成單獨的類。觸點必須有ID、常開/常閉的類型和運行中處于的值都應該在屬性中出現(xiàn)。

　　首先設(shè)計用二維數(shù)組來模擬測試與觸點的關(guān)系。假設(shè)數(shù)組的橫向和縱向表示分別為測試和觸點，則某個線圈的設(shè)計如圖4所示。

　　對照實際情況，可以使用二維數(shù)組進行描述。觸點的加入和刪除就是列的插入和刪除運算，測試的加入和刪除就是行的插入和刪除運算。對某線圈的實驗就是把每行遍歷一遍，結(jié)果對照預計值進行邏輯判斷。

　　直觀上看，重疊配置的線圈就像是檢查手冊的一封封頁面，測試整個系統(tǒng)的方法就是翻弄這本“書”，從頭至尾把所有的線圈遍歷一遍。

　　3.3 序列化存儲類serial和鏈表類

　　如果延續(xù)這樣的思路，則關(guān)于數(shù)組的操作會產(chǎn)生新的問題：C語言中定義數(shù)組必須先確定數(shù)組的大小才能分配合適的內(nèi)存。

　　由于文件是測試系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用的接口，應該先沿著采用文件來登記測試項目的結(jié)論進行分析。采用序列化技術(shù)能夠簡單而方便地實現(xiàn)文件存儲。序列化是指將對象實例的狀態(tài)存儲到可持久保持信息的物理設(shè)備的過程，其特點就是線性存儲。序列化技術(shù)實現(xiàn)了文件的存儲，同時它也給出了一種思路：把所有一切都統(tǒng)一對待，變成一根主線。如圖6所示。

　　但序列化只提供鏈型的存儲形式，只能用一維的鏈表模擬二維數(shù)組，因為不知道二維鏈表的指針應該如何安排。

　　決定采用鏈式聯(lián)系的方法：用指針來實現(xiàn)連接。但是指針的傳遞跨越了類，因此有必要把鏈式結(jié)構(gòu)直接抽象成類，產(chǎn)生定義觸點鏈表類、測試鏈表類和線圈鏈表類，并將它們抽象出一個基本的鏈表類，實現(xiàn)鏈表基本的操作，再從它派生出上述三個鏈表類。

　　3.4 計算預計值

　　測試隨意地更改其所包含的觸點，隨之變動的是測試的預計值。這可以采取人工輸入來實現(xiàn)，但是如果用表達式字符串來表達測試的邏輯計算，可以通過字符替換的方法讓機器來實現(xiàn)。

　　表達式字符串中間必須有觸點的ID名字，常閉觸點的名字前加“~”，測試線路的“與”邏輯用字符“*”來表示，或邏輯用字符“|”來表示（也可以選擇其他的計算字符），用括號表示優(yōu)先的線路邏輯，空格是人性化的適應性定義。

　　計算預計值的算法如下：

　?。?） 輸入目標字符串。

　?。?） 首先去空格。

　?。?） 用觸點的狀態(tài)值替換觸點ID,如果是FALSE,替換成F,如果是TRUE,替換成T。

　?。?） 開始循環(huán)： F*F 替換成F

　　F*T 替換成F

　　T*F 替換成F

　　T*T 替換成T

　　F|F 替換成F

　　F|T 替換成T

　　T|F 替換成T

　　T|T 替換成T

　　（T） 替換成T

　?。‵） 替換成F

　　測量字符串長度，如果和上次相比變小，則重新開始循環(huán)；如果沒有變化，則跳出循環(huán)進行下一步。

　?。?） 判斷：如果字符串==T,則說明預計值是TRUE；如果字符串==F,則說明預計值是FALSE；如果字符串是其他值，說明輸入的表達式有誤，提示重新確定表達式。

　　3.5 數(shù)據(jù)壓縮

　　根據(jù)設(shè)計，直觀上可以定義觸點為一個這樣的類：內(nèi)容包括一個BOOL變量和一個指針。BOOL變量表示觸點的狀態(tài)值，指針指向下一個觸點的位置。但是這樣做會導致文件過于龐大，所以要進行數(shù)據(jù)的壓縮。

　　BOOL變量以位置0或置1來表明FALSE或TRUE的狀態(tài)，但BOOL變量前面所有的位都沒有利用上。因此，可以把BOOL變量前面所有的位都用來表示觸點的狀態(tài)，這就是壓縮的基本思想。

　　壓縮效率分析：因為布爾值通常定義為8位長度，現(xiàn)在只用1位來表示，所以壓縮的極限值應該可以達到8倍。這樣的壓縮比率下能夠有效地節(jié)約測試資料的存儲大小。

　　3.6 數(shù)據(jù)存儲方式考查

　　必須考慮數(shù)據(jù)的存儲方式，不同的存儲方式直接影響了位的操作。因此，在執(zhí)行位操作之前一定要明確存儲方式，小頭（Little-endian）模式對數(shù)據(jù)的存放方式是從低字節(jié)到高字節(jié)，而大頭（Big-endian）模式對數(shù)據(jù)的存放方式是從高字節(jié)到低字節(jié)。

　　聯(lián)合體（union）的存放順序是所有成員都從低地址開始存放，整數(shù)定義通常占用4字節(jié)32位，char定義通常只占用1字節(jié)8位。一般認為，大頭模式的表達方式更符合生活中的數(shù)學思維習慣，所以不妨在小頭模式的平臺上做轉(zhuǎn)換工作，把表達方式換算成大頭模式。定義一個SWAP轉(zhuǎn)換工作宏，由它把對應字節(jié)調(diào)換位置（與互調(diào)，中間兩個互調(diào)）從而得到不同的模式。

　　本系統(tǒng)是基于Linux操作系統(tǒng)開發(fā)的通用LCU檢測軟件，具有通用性、便攜性和靈活性的特點。采用Linux操作系統(tǒng)平臺，能夠進一步降低成本。ARM嵌入式系統(tǒng)本身對于軟件和數(shù)據(jù)信息具有良好的保密措施，適合保存商業(yè)信息。本系統(tǒng)還采用了測試項目與程序分離的軟件模塊設(shè)計方案，使測試的種類大大增加，不管是同一種車型的測試項目變更，還是其他車型的測試，或者是更廣泛的一般性LCU系統(tǒng)的測試。