隨著我國(guó)機(jī)車(chē)控制水平的不斷提高，微機(jī)控制已經(jīng)成為我國(guó)機(jī)車(chē)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(jī)車(chē)運(yùn)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(jī)車(chē)安全運(yùn)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(jì)了大量高性能、廉價(jià)、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(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、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(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。 ARM（Asynchronous Resbonse Mode）異步響應(yīng)方式異步響應(yīng)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(guò)程由從站啟動(dòng)。從站主動(dòng)發(fā)送給主站的一個(gè)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(lái)控制超時(shí)和重發(fā)。該方式對(duì)采用輪詢方式的多站鏈路來(lái)說(shuō)是必不可少的。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

　　LCU檢測(cè)就是對(duì)LCU內(nèi)部運(yùn)行邏輯做出測(cè)試并進(jìn)行故障診斷。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)向被測(cè)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(cè)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(jìn)行軟件分析。傳統(tǒng)硬件繼電器觸點(diǎn)分為“常開(kāi)觸點(diǎn)”和“常閉觸點(diǎn)”兩類。一條線路的運(yùn)行結(jié)果會(huì)反映到另外一個(gè)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(hào)都可以采用二進(jìn)制表達(dá)，所以測(cè)試的范圍會(huì)根據(jù)線路上觸點(diǎn)個(gè)數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)。對(duì)于要求不太嚴(yán)格的控制信號(hào)，只要求在適當(dāng)?shù)臈l件下，得到開(kāi)通或閉合的結(jié)果，其動(dòng)作的條件為充分不必要條件。對(duì)于要求嚴(yán)格的控制信號(hào)，不僅要求在確定的條件下得到應(yīng)有的結(jié)果，而且要保證這個(gè)條件是充分必要條件。因此，很大程度上測(cè)試可能會(huì)遍歷觸點(diǎn)的所有組合，測(cè)試的總體消耗時(shí)間就會(huì)擴(kuò)充到很大的時(shí)間范圍。

　　可見(jiàn)，測(cè)試情況的選擇十分重要。測(cè)試復(fù)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(diǎn)的多少。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)反映在程序中的情況就是保留測(cè)試的選擇性，便于在后續(xù)工作中進(jìn)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(jì)算機(jī)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(kāi)放源代碼發(fā)展中著名的例子。嚴(yán)格來(lái)講，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但在實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU 工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)間）。以后借助于Internet 網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)過(guò)全世界各地計(jì)算機(jī)愛(ài)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(zhǎng)。

　　在一種計(jì)算機(jī)環(huán)境中運(yùn)行的編譯程序，能編譯出在另外一種環(huán)境下運(yùn)行的代碼，我們就稱這種編譯器支持交叉編譯。這個(gè)編譯過(guò)程就叫交叉編譯。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在一個(gè)平臺(tái)上生成另一個(gè)平臺(tái)上的可執(zhí)行代碼。這里需要注意的是所謂平臺(tái)，實(shí)際上包含兩個(gè)概念：體系結(jié)構(gòu)（Architecture）、操作系統(tǒng)（Operating System）。同一個(gè)體系結(jié)構(gòu)可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)；同樣，同一個(gè)操作系統(tǒng)也可以在不同的體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行。舉例來(lái)說(shuō)，我們常說(shuō)的x86 Linux平臺(tái)實(shí)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(tái)實(shí)際上是Intel x86體系結(jié)構(gòu)和Windows NT for x86操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。要進(jìn)行交叉編譯，我們需要在主機(jī)平臺(tái)上安裝對(duì)應(yīng)的交叉編譯工具鏈（cross compilation tool chain），然后用這個(gè)交叉編譯工具鏈編譯我們的源代碼，終生成可在目標(biāo)平臺(tái)上運(yùn)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(dǎo)程序，它的作用是加載操作系統(tǒng)。兩個(gè)著名的開(kāi)源Boot-loader，其中一個(gè)是U-boot，它的形式就是一個(gè)代碼包，包中按照Linux一般的編程習(xí)慣和不同的目標(biāo)板，將相應(yīng)的匯編和C語(yǔ)言代碼羅列在對(duì)應(yīng)的文件夾下，讓開(kāi)發(fā)人員自行配置。

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

　　Linux內(nèi)核就是一個(gè)可執(zhí)行的Linux操作系統(tǒng)的套件集合，簡(jiǎn)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(kāi)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(jìn)行內(nèi)核配置。在配置內(nèi)核的時(shí)候，需要定義內(nèi)核啟動(dòng)的命令行。

　　3 LCU檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用程序

　　3.1 軟件設(shè)計(jì)及其要素

　　軟件的應(yīng)用設(shè)計(jì)，就是確定軟件的各個(gè)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(yùn)動(dòng)發(fā)展的走向和趨勢(shì)，終得到可以預(yù)見(jiàn)的結(jié)果。

　　面向?qū)ο蟮能浖_(kāi)發(fā)，從不同的對(duì)待問(wèn)題的層次出發(fā)能得到不同問(wèn)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(duì)象及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

　　在需求分析的說(shuō)明中，常出現(xiàn)的三個(gè)名詞分別是觸點(diǎn)、測(cè)試和線圈。每個(gè)測(cè)試包含了不同的線圈，每個(gè)線圈又分別由觸點(diǎn)組成。所以，觸點(diǎn)、線圈和測(cè)試能夠分別抽象出來(lái)做成單獨(dú)的類。觸點(diǎn)必須有ID、常開(kāi)/常閉的類型和運(yùn)行中處于的值都應(yīng)該在屬性中出現(xiàn)。

　　首先設(shè)計(jì)用二維數(shù)組來(lái)模擬測(cè)試與觸點(diǎn)的關(guān)系。假設(shè)數(shù)組的橫向和縱向表示分別為測(cè)試和觸點(diǎn)，則某個(gè)線圈的設(shè)計(jì)如圖4所示。

　　對(duì)照實(shí)際情況，可以使用二維數(shù)組進(jìn)行描述。觸點(diǎn)的加入和刪除就是列的插入和刪除運(yùn)算，測(cè)試的加入和刪除就是行的插入和刪除運(yùn)算。對(duì)某線圈的實(shí)驗(yàn)就是把每行遍歷一遍，結(jié)果對(duì)照預(yù)計(jì)值進(jìn)行邏輯判斷。

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

　　3.3 序列化存儲(chǔ)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(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題：C語(yǔ)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(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用的接口，應(yīng)該先沿著采用文件來(lái)登記測(cè)試項(xiàng)目的結(jié)論進(jìn)行分析。采用序列化技術(shù)能夠簡(jiǎn)單而方便地實(shí)現(xiàn)文件存儲(chǔ)。序列化是指將對(duì)象實(shí)例的狀態(tài)存儲(chǔ)到可持久保持信息的物理設(shè)備的過(guò)程，其特點(diǎn)就是線性存儲(chǔ)。序列化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了文件的存儲(chǔ)，同時(shí)它也給出了一種思路：把所有一切都統(tǒng)一對(duì)待，變成一根主線。如圖6所示。

　　但序列化只提供鏈型的存儲(chǔ)形式，只能用一維的鏈表模擬二維數(shù)組，因?yàn)椴恢蓝S鏈表的指針應(yīng)該如何安排。

　　決定采用鏈?zhǔn)铰?lián)系的方法：用指針來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。但是指針的傳遞跨越了類，因此有必要把鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)直接抽象成類，產(chǎn)生定義觸點(diǎn)鏈表類、測(cè)試鏈表類和線圈鏈表類，并將它們抽象出一個(gè)基本的鏈表類，實(shí)現(xiàn)鏈表基本的操作，再?gòu)乃缮錾鲜鋈齻€(gè)鏈表類。

　　3.4 計(jì)算預(yù)計(jì)值

　　測(cè)試隨意地更改其所包含的觸點(diǎn)，隨之變動(dòng)的是測(cè)試的預(yù)計(jì)值。這可以采取人工輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是如果用表達(dá)式字符串來(lái)表達(dá)測(cè)試的邏輯計(jì)算，可以通過(guò)字符替換的方法讓機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　表達(dá)式字符串中間必須有觸點(diǎn)的ID名字，常閉觸點(diǎn)的名字前加“~”，測(cè)試線路的“與”邏輯用字符“*”來(lái)表示，或邏輯用字符“|”來(lái)表示（也可以選擇其他的計(jì)算字符），用括號(hào)表示優(yōu)先的線路邏輯，空格是人性化的適應(yīng)性定義。

　　計(jì)算預(yù)計(jì)值的算法如下：

　?。?） 輸入目標(biāo)字符串。

　?。?） 首先去空格。

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

　?。?） 開(kāi)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

　?。═） 替換成T

　?。‵） 替換成F

　　測(cè)量字符串長(zhǎng)度，如果和上次相比變小，則重新開(kāi)始循環(huán)；如果沒(méi)有變化，則跳出循環(huán)進(jìn)行下一步。

　?。?） 判斷：如果字符串==T,則說(shuō)明預(yù)計(jì)值是TRUE；如果字符串==F,則說(shuō)明預(yù)計(jì)值是FALSE；如果字符串是其他值，說(shuō)明輸入的表達(dá)式有誤，提示重新確定表達(dá)式。

　　3.5 數(shù)據(jù)壓縮

　　根據(jù)設(shè)計(jì)，直觀上可以定義觸點(diǎn)為一個(gè)這樣的類：內(nèi)容包括一個(gè)BOOL變量和一個(gè)指針。BOOL變量表示觸點(diǎn)的狀態(tài)值，指針指向下一個(gè)觸點(diǎn)的位置。但是這樣做會(huì)導(dǎo)致文件過(guò)于龐大，所以要進(jìn)行數(shù)據(jù)的壓縮。

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

　　壓縮效率分析：因?yàn)椴紶栔低ǔ６x為8位長(zhǎng)度，現(xiàn)在只用1位來(lái)表示，所以壓縮的極限值應(yīng)該可以達(dá)到8倍。這樣的壓縮比率下能夠有效地節(jié)約測(cè)試資料的存儲(chǔ)大小。

　　3.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式考查

　　必須考慮數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，不同的存儲(chǔ)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(chǔ)方式，小頭（Little-endian）模式對(duì)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(duì)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(kāi)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(rèn)為，大頭模式的表達(dá)方式更符合生活中的數(shù)學(xué)思維習(xí)慣，所以不妨在小頭模式的平臺(tái)上做轉(zhuǎn)換工作，把表達(dá)方式換算成大頭模式。定義一個(gè)SWAP轉(zhuǎn)換工作宏，由它把對(duì)應(yīng)字節(jié)調(diào)換位置（與互調(diào)，中間兩個(gè)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(kāi)發(fā)的通用LCU檢測(cè)軟件，具有通用性、便攜性和靈活性的特點(diǎn)。采用Linux操作系統(tǒng)平臺(tái)，能夠進(jìn)一步降低成本。ARM嵌入式系統(tǒng)本身對(duì)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(cè)試項(xiàng)目與程序分離的軟件模塊設(shè)計(jì)方案，使測(cè)試的種類大大增加，不管是同一種車(chē)型的測(cè)試項(xiàng)目變更，還是其他車(chē)型的測(cè)試，或者是更廣泛的一般性LCU系統(tǒng)的測(cè)試。