M2M和嵌入式处理在列车控制中挽救生命

PTC 系统包含大量集成组件，包括数据库服务器、有线和无线通信网络、铁路信号系统接口和机车控制系统，以执行列车安全功能。完全解决 PTC 的复杂性超出了本文的范围，但在最高级别上，PTC 系统是基于计算机的系统，用于最大限度地减少驾驶员分心时发生的人为错误。

PTC 是一个总称，用于在列车开始超出安全运行限制的情况下在没有人为干预的情况下停止或减速列车的技术。PTC 系统主要专注于货运铁路，但也包括在货运轨道上运行的客运列车的规定，并且在 2008 年的铁路安全改进法案 （RSIA） 中首次规定，当时正在发短信的通勤列车操作员遇到红色信号并撞到头部-乘坐货运列车。RSIA 2008 规定客运和 I 级铁路必须在 2015 年底之前部署 PTC，并且系统必须包括针对多种不同情况的规定，包括避免碰撞、执行限速以防止脱轨以及维护和维护期间的工人安全措施。修理。

过去，火车运营商读取交通信号的方式与汽车司机相同：看窗外。后来，一些机车配备了基于计算机的仪表板，可在驾驶室内显示信号状态信息。如今，有了 PTC，机车上的计算机能够使用 M2M 与路边计算机进行通信，最重要的是，它们实际上能够进行控制。尽管当今 PTC 系统中的 M2M 实例（尚未）完全自动化列车运行，但它们确实为操作员不知何故丧失能力的情况提供了安全网。

下面重点介绍 PTC 最近在基础（路边）和移动（机车驾驶室）通信管理器开发领域所做的努力。使用由 AMTRAK 铁路在东北走廊部署的时分多址 （TDMA） 通信技术，PTC 通信管理器分配和管理这些 TDMA 时隙，以控制路边网络和机车之间的无线电通信。系统级模块 （SoM） 满足了通信管理器的要求。

PTC 通信经理：需要什么

高级民用速度执行系统 （ACSES） 是 PTC 的一种实施，如果操作员未能保持安全运行速度，它会根据永久和临时速度限制确定安全制动曲线，然后自动减速列车。ACSES 通信管理器的关键要求是它们通过无线电链路一致且可靠地传输 ACSES 格式的数据包，从而在火车和路边网络之间保持一致的通信心跳。如果通信失败和/或列车操作员未在安全运行速度内运行列车，ACSES PTC 系统将控制机车并施加制动。

在 PTC 的 ACSES 实施中，涉及许多高级元素以使远程管理成为可能，包括机车的车载计算机系统、路边信号系统、存储临时速度限制和其他信息的中央办公室（运营中心），以及连接各个组件的通信网络（图 1）。因此，符合 ACSES 标准的基地和移动通信管理器需要执行和管理几个主要功能，包括：

访问和打包数据以传输到/从路边 PTC 网络传输

控制 TDMA 列车/路边无线电通信时间线

在适当的时间为每个火车到路边和路边到火车的通信时隙将数据包发送到无线电

处理从无线电接收到的数据包

验证接收数据包的数据完整性并丢弃错误传输

将接收到的传输传递到火车的车载计算机（与机车的通信）或路边通信网络（来自机车的通信）

图 1：高级民用速度执行系统 （ACSES） 架构需要通信管理器来促进跨正向列车控制 （PTC） 网络的数据传输。

这些功能需要一个高度可靠的通用微处理器解决方案，该解决方案具有足够的马力来组织和控制 TDMA 通信，同时保持与有线路边网络和机车车载 PTC 计算机的同步通信。

为 ACSES 基地和移动通信管理器选择解决方案

为满足上述 ACSES 要求，Critical Link 采用了基于德州仪器 （TI） OMAP-L138 双核 ARM-DSP 处理器的 MityDSP-L138F 系统级模块 （SoM），因为它具有良好的通用计算能力；支持以太网和串行接口；不依赖主动冷却；以及经过验证的具有类似通信要求的跟踪记录应用程序，从而显着减少了开发时间和风险。

为了满足 ACSES 系统的 TDMA 连接要求，MityDSP-L138F 配备了 Xilinx Spartan-6 FPGA，可实现高级数据链路控制 （HDLC） 串行通信，这是一种用于确保设备到设备同步的数据链路层协议连接（图2）。结合 ARM 处理器，这为 ACSES 通信管理器提供了强大的处理组合，包括：

列车与路边 PTC 系统之间无线电链路的 TDMA 时间线控制

与列车上和路边网络中的 PTC 设备进行以太网和串行通信

有线和无线 PTC 网络上的链路层、网络层和传输层通信功能

通信管理器硬件的实时诊断

数据记录

ACSES 通信管理器的另一个重要元素是一种设计，该设计包含了可在未来很多年使用的部件。PTC 系统价格昂贵且生命周期长，需要可以制造多年的技术。因此，可以确保 SoM 的关键组件（例如 TI OMAP-L138F）在很长一段时间内都可以从制造商处获得。

Critical Link 还为 AMTRAK 部署开发了一个 ACSES 模拟器，用于模拟 PTC 系统内多列火车之间的数据移动。该模拟器用于分析整个系统的通信数据流，突出系统瓶颈和整体吞吐量。该模拟器还支持对来自多个供应商的组件进行互操作性测试，而无需在现场进行测试。

M2M 通信产生影响

PTC 是 M2M 的一个实例，它有可能直接影响数百万依赖火车运输的人的生活。我们大多数人在很大程度上看不到它，但它可以而且确实带来了挽救生命的前景。数以千计的 PTC 基地和移动通信单元，每个都包含一个关键链路 SoM，正在被部署在东北铁路走廊。

审核编辑：郭婷