【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及軌道交通車輛，具體而言，尤其涉及一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統及方法。
技術介紹
1、現有技術中，列車控制器主要以普通以太網通信為主，由于普通以太網屬于串行通信，在多網融合的情況下無法保障關鍵性的數據確定性傳輸，因此近幾年來，業界把時間敏感網絡(time?sensitive?networking)簡稱tsn技術引入到以太網數據傳輸總線中，列車控制器主要運行于帶操作系統的芯片上，一般情況下，一個操作系統既要有主控程序進程又要運行實時通信程序進程，而且隨著需求的擴大，還要添加監控、診斷等程序進程，cpu的資源有限，隨著程序內容的增多，會大大影響tsn與通信結合后的實時性能。
2、針對普通以太網的列車網絡系統，其列車控制器采用普通以太網傳輸，不能保障通信的確定性。而業界現在有采用tsn技術引入到列車控制器這種終端設備中，針對多核cpu有個別采用綁定cpu的方式，即將實時進程單獨綁定一個cpu，其余進程綁定剩下的cpu，這種方式無法提供硬件級別的隔離。雖然這樣可以避免進程在多個核之間切換，但仍然存在共享內存、i/o等資源競爭的可能性，實時進程可能會被非實時進程間接影響。
3、針對引入tsn技術的列車控制器，其實時通信進程，現有的cpu綁定技術在隔離性、調度控制、性能開銷和實時性保障等方面相較于jailhouse存在明顯缺點。首先，cpu綁定僅通過將特定的cpu核心分配給特定的進程來減少核間切換，無法提供硬件級別的隔離，導致實時進程和非實時進程可能共享資源，從而影響實時執行效果。其次，調
4、因此引入一種基于jailhouse的虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸方法。jailhouse是一個基于linux的分區管理程序。它能夠運行除linux之外的裸機應用程序或(適應的)操作系統。為此，它配置硬件平臺的cpu和設備虛擬化功能，使這些域(此處稱為“cell”)不會以不可接受的方式相互干擾。
5、相比之下，jailhouse作為輕量級虛擬化方案，能夠更好地分配資源并保持高效性能。總的來說，jailhouse在多個方面提供了更強的支持和保障，特別適合對實時性和可靠性要求較高的應用場景。
技術實現思路
1、根據上述提出的技術問題，提供一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統及方法，本專利技術采用的技術手段如下：
2、一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，包括：上位機、root?cell、虛擬化共享單元、guest?cell和硬件層，其中：
3、所述上位機，包括openpcs和datanlyzer，其中openpcs為上位機ide集成開發環境，datanlyzer實現了openpcs運行變量的實時監控和曲線繪制，網絡配置文件以及參數配置數據庫文件的下載功能；
4、所述root?cell，為jailhouse虛擬化環境中的一個虛擬單元，用于實現列車控制器的主要邏輯處理功能；
5、所述虛擬化共享單元，是一塊預定義的物理內存區域，允許多個虛擬單元直接訪問，實現高效、低延遲的數據通信；
6、所述guest?cell，為jailhouse虛擬化環境中的另一個虛擬單元，用于實現列車控制器與子設備之間基于tsn的以太網trdp通訊功能；
7、所述硬件層，基于tsn技術的網卡，支持基于ieee802.1qbv流量整形技術。
8、進一步地，在所述上位機中，采用openpcs圖形化編程功能，實現了上位機ide集成開發環境和下位機plc運行系統的通訊功能，通過上位機程序開發ide環境實現下載控制程序、程序狀態監視和強制、設置斷點調試功能。
9、進一步地，在所述root?cell中，采用具備jailhouse的非實時linux操作系統，實現列車控制器軟件的主體功能，包括openpcs圖形化編程的驅動支持、調試軟件服務器、數據庫服務器；通信接口部分實現與外部設備的接口功能。
10、進一步地，所述root?cell可以運行jailhouse虛擬化軟件，根據設備樹的配置模式，將用于通信的以太網口內存分配給guest?cell，用于激活guest?cell；在root?cell中用于通信的以太網口是不可見的，僅保留用于調試的以太網口，并通過提前分配出共享的內存塊與guest?cell之間通信。
11、進一步地，在所述虛擬化共享單元中，root?cell和guest?cell通過共享內存進行通信，在啟動guest?cell時，由root?cell分配并映射特定的物理內存區域作為共享內存；root?cell和guest?cell通過生產者-消費者模式或環形緩沖區機制在共享內存中交換數據，并使用信號量或互斥鎖同步手段確保數據一致性。
12、進一步地，在所述guest?cell中，采用基于rt-linux操作系統，每個guest?cell運行獨立的rt-linux操作系統和trdp通信應用程序，并且具有對用于通信的以太網口資源的單獨訪問權限。
13、進一步地，所述guest?cell通過配置文件由root?cell創建，并且可以通過共享內存與root?cell進行高效的數據通信。
14、本專利技術還提供了一種基于所述虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統實現的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸方法，包括：
15、s1、列車控制器上電啟動，根據uboot的設備樹信息加載設備樹，其中uboot設備樹描述了共享內存的相關信息；
16、s2、uboot讀取設備樹種信息，初始化所需要共享內存的地址信息；
17、s3、uboot完成初始化，引導加載linux內核，內核設備樹信息要與jailhouse所分配的資源相匹配；
18、s4、linux內核完成加載后，加載jailhouse的驅動模塊，加載配置文件guestcell.cell信息，配置文件guestcell.cell定義了系統分區情況以及每個分區的資源分配；
19、s5、指定文件系統的壓縮包，包括內核鏡像以及設備樹文件，并傳遞給內核的命令行參數，設置控制臺輸出為串口，波特率為115200，啟用早期控制臺，內存映射地址為uart的地址；啟動一個新的linux虛擬機實例即guest?cell；
20、s6、當guest?cell成功啟動后，guest?cell啟動以太網收發程序，同時root?cell加載主邏輯程序。
21、進一步地，guest?cell和guest?cell之間的通信邏輯包括：
22、guest?cell中的以太網接收程序接收以太網數據，并將數據寫入共享內存區域；
23、當數據寫入本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，包括：上位機、Root?cell、虛擬化共享單元、Guest?cell和硬件層，其中：
2.根據權利要求1所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，在所述上位機中，采用OPENPCS圖形化編程功能，實現了上位機IDE集成開發環境和下位機PLC運行系統的通訊功能，通過上位機程序開發IDE環境實現下載控制程序、程序狀態監視和強制、設置斷點調試功能。
3.根據權利要求1所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，在所述Root?cell中，采用具備jailhouse的非實時linux操作系統，實現列車控制器軟件的主體功能，包括OpenPCS圖形化編程的驅動支持、調試軟件服務器、數據庫服務器；通信接口部分實現與外部設備的接口功能。
4.根據權利要求3所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，所述Root?cell可以運行jailhouse虛擬化軟件，根據設備樹的配置模式，將用于通信的以太網口內存分配給guest?cell，用于激
5.根據權利要求1所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，在所述虛擬化共享單元中，Root?cell和guest?cell通過共享內存進行通信，在啟動guest?cell時，由root?cell分配并映射特定的物理內存區域作為共享內存；Root?cell和guest?cell通過生產者-消費者模式或環形緩沖區機制在共享內存中交換數據，并使用信號量或互斥鎖同步手段確保數據一致性。
6.根據權利要求1所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，在所述Guest?cell中，采用基于RT-LINUX操作系統，每個guest?cell運行獨立的RT-LINUX操作系統和TRDP通信應用程序，并且具有對用于通信的以太網口資源的單獨訪問權限。
7.根據權利要求6所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，所述Guest?cell通過配置文件由root?cell創建，并且可以通過共享內存與rootcell進行高效的數據通信。
8.一種基于權利要求1-7中任意一項權利要求所述虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統實現的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸方法，其特征在于，包括：
9.根據權利要求8所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸方法，其特征在于，guest?cell和guest?cell之間的通信邏輯包括：
...【技術特征摘要】
1.一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，包括：上位機、root?cell、虛擬化共享單元、guest?cell和硬件層，其中：
2.根據權利要求1所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，在所述上位機中，采用openpcs圖形化編程功能，實現了上位機ide集成開發環境和下位機plc運行系統的通訊功能，通過上位機程序開發ide環境實現下載控制程序、程序狀態監視和強制、設置斷點調試功能。
3.根據權利要求1所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，在所述root?cell中，采用具備jailhouse的非實時linux操作系統，實現列車控制器軟件的主體功能，包括openpcs圖形化編程的驅動支持、調試軟件服務器、數據庫服務器；通信接口部分實現與外部設備的接口功能。
4.根據權利要求3所述的一種虛擬單元下列車控制器高實時性數據傳輸系統，其特征在于，所述root?cell可以運行jailhouse虛擬化軟件，根據設備樹的配置模式，將用于通信的以太網口內存分配給guest?cell，用于激活guest?cell；在root?cell中用于通信的以太網口是不可見的，僅保留用于調試的以太網口，并通過提前分配出共享的內存塊與guestcell之間通信。
5.根據權利要求1所述的一種虛擬單元...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王欣立，于澤人，寧壽輝，杜振環，張立斌，樊闖，
申請(專利權)人：中車大連電力牽引研發中心有限公司，
類型：發明
國別省市：
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