超导磁悬浮列车电磁推进系统通信方法及电磁推进系统与流程

1.本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法及超导磁悬浮列车电磁推进系统。


背景技术：

2.对于时速达到1000km/h的超高速超导磁悬浮列车，由于运行速度高、控制周期短，对于轨道两侧的布局电磁推进系统安全可靠性要求极高，需要通过对推进系统的在线诊断和数据分析，保障推进系统的可靠性，实现列车的故障—安全导向。电磁推进系统常采用的通信方法包括profinet通信技术和ethercat通信技术，而现有的工业通信profinet技术和ethercat技术无法满足高速、大容量以及实时性通信的要求。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法及超导磁悬浮列车电磁推进系统，能够解决现有技术中电磁推进系统的通信方法无法满足高速、大容量以及实时性通信的要求的技术问题。
4.根据本发明的一方面，提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法，该超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法包括：电磁推进系统信号处理器的控制核将电磁推进系统各个控制周期的数据同步共享至电磁推进系统信号处理器的通信核；通信核依次将各个控制周期的数据压入通信核的两个缓冲区中的任一缓冲区，当该缓冲区压入一定量的数据之后通过以太网卡批量发送该缓冲区的数据，并将下一控制周期的数据压入通信核的两个缓冲区中的另一个缓冲区，以此交替使用通信核的两个缓冲区进行数据存储和发送以完成超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信。
5.进一步地，超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法具体包括：通信核接收控制核当前控制周期的数据；判断通信核的缓冲区计数是否大于缓冲区计数阈值，若缓冲区计数大于或等于缓冲区计数阈值，则缓冲区计数更新为零并触发以太网卡传输，判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区；若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则以太网卡发送第一缓冲区的数据并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识，判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则以太网卡发送第二缓冲区的数据并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识，判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一；若缓冲区计数小于缓冲区计数阈值，则判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，
则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一；通信核接收控制核下一控制周期的数据，并返回判断通信核的缓冲区计数是否大于缓冲区计数阈值。
6.进一步地，缓冲区计数阈值为200。
7.根据本发明的另一方面，提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统，该超导磁悬浮列车电磁推进系统采用如上所述的超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法进行超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信。
8.进一步地，超导磁悬浮列车电磁推进系统包括：电磁推进系统信号处理器，电磁推进系统信号处理器包括控制核和通信核，控制核用于执行超导磁悬浮列车电磁推进系统的控制程序并生成各个控制周期的数据；通信核与控制核连接，通信核用于同步接收控制核各个控制周期的数据，并依次将各个控制周期的数据交替压入通信核的第一缓冲区和第二缓冲区；以太网卡，以太网卡与通信核连接，以太网卡用于批量发送通信核的第一缓冲区或第二缓冲区的数据以实现超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信。
9.进一步地，通信核的第一缓冲区和第二缓冲区的数据的通信协议与以太网卡批量发送的数据的通信协议一致。
10.进一步地，通信协议包括起始码、数据量、数据采样周期、时钟信息、采样个数和各个采样数据。
11.应用本发明的技术方案，提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法及超导磁悬浮列车电磁推进系统，该超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法通过将控制核生成的各个控制周期的数据交替压入通信核的两个缓冲区并采用以太网卡批量发送各缓冲区中的数据以实现超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信，该数据通信方法能够充分利用以太网卡的性能，实现数据的高速、大容量和及时通信。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中电磁推进系统的通信方法无法满足高速、大容量以及实时性通信的要求的技术问题。
附图说明
12.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1示出了根据本发明的具体实施例提供的超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法的流程示意图；
14.图2示出了根据本发明的具体实施例提供的超导磁悬浮列车电磁推进系统的结构示意图。
具体实施方式
15.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用
的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
17.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
18.如图1所示，根据本发明的一方面，提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法，该超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法包括：电磁推进系统信号处理器的控制核将电磁推进系统各个控制周期的数据同步共享至电磁推进系统信号处理器的通信核；通信核依次将各个控制周期的数据压入通信核的两个缓冲区中的任一缓冲区，当该缓冲区压入一定量的数据之后通过以太网卡批量发送该缓冲区的数据，并将下一控制周期的数据压入通信核的两个缓冲区中的另一个缓冲区，以此交替使用通信核的两个缓冲区进行数据存储和发送以完成超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信。
19.应用此种配置方式，提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法，该超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法通过将控制核生成的各个控制周期的数据交替压入通信核的两个缓冲区并采用以太网卡批量发送各缓冲区中的数据以实现超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信，该数据通信方法能够充分利用以太网卡的性能，实现数据的高速、大容量和及时通信。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中电磁推进系统的通信方法无法满足高速、大容量以及实时性通信的要求的技术问题。
20.进一步地，在本发明中，为了实现超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信，首先电磁推进系统信号处理器的控制核将电磁推进系统各个控制周期的数据同步共享至电磁推进系统信号处理器的通信核。作为本发明的一个具体实施例，电磁推进系统可采用双核数字信号处理器，例如tms320f28379d，利用cpu1和cpu2共享内存实现数据的同步，其中cpu1用作控制核以执行控制程序，cpu2用作通信核以对外通信。在cpu1中有n个检测点的数据需要进行通信传递以进行检测，通过共享内存数据cpu2实时更新对应的n个检测点的数据。采用双核数字信号处理器能够实现控制程序和通信程序的隔离和并行执行，以保证电磁推进系统的可靠性和实时性。
21.此外，在本发明中，在通信核同步获取控制核的数据之后，通信核依次将各个控制周期的数据压入通信核的两个缓冲区中的任一缓冲区，当该缓冲区压入一定量的数据之后通过以太网卡批量发送该缓冲区的数据，并将下一控制周期的数据压入通信核的两个缓冲区中的另一个缓冲区，以此交替使用通信核的两个缓冲区进行数据存储和发送以完成超导
磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信。
22.作为本发明的一个具体实施例，超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法具体包括以下步骤。
23.通信核接收控制核当前控制周期的数据。在本发明中，针对通信核接收到的每个控制周期的数据均按照本发明的高速通信方法进行判断处理。
24.判断通信核的缓冲区计数是否大于缓冲区计数阈值。在本发明中，缓冲区计数阈值可根据实际需求设定，例如可设定缓冲区计数阈值为200。
25.若缓冲区计数大于或等于缓冲区计数阈值，则缓冲区计数更新为零并触发以太网卡传输，判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区。在本发明中，在通信核中设置两个数据缓冲区，每个缓冲区大小均设置为n
·
m，其中n为控制核中的检测点的个数，m为缓冲区计数阈值。此外，如图1所示，可建立cacheflag变量用于标识当前数据压入的缓冲区，当cacheflag＝true时表示当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，当cacheflag≠true时表示当前数据压入缓冲区为第二缓冲区。
26.若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则以太网卡发送第一缓冲区的数据并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识。在本发明中，可通过cacheflag＝！cacheflag切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识。判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一。在该实施例中，例如，当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则以太网卡发送第一缓冲区的数据，并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识，此时当前数据压入缓冲区改变为第二缓冲区，则将当前控制周期的数据压入新的第一缓冲区，缓冲区计数加一。
27.若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则以太网卡发送第二缓冲区的数据并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识，判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一。在该实施例中，例如，当前数据压入缓冲区为第二缓冲区，则以太网卡发送第二缓冲区的数据，并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识，此时当前数据压入缓冲区改变为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入新的第二缓冲区，缓冲区计数加一。
28.若缓冲区计数小于缓冲区计数阈值，则判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一。在该实施例中，例如，当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区并令缓冲区计数加一。
29.通信核接收控制核下一控制周期的数据，并返回判断通信核的缓冲区计数是否大于缓冲区计数阈值。
30.在本发明中，采用以太网卡结合缓冲区进行数据压入和发送的方法，实现了对控制核每个控制周期的数据的采集，该电磁推进系统仅需在控制板添加以太网卡芯片，例如w5500，与常规方法相比减少了传感器及额外的检测设备，取代了采用示波器或录波仪采集运行数据，大幅降低了电磁推进系统的通信成本。采用上述超导磁悬浮列车电磁推进系统
高速通信方法能够使得通信核的第一缓冲区和第二缓冲区在同一时刻一个为通信发送使用，一个为数据压入使用，两者互不影响，充分利用以太网卡的性能。且设置缓冲区计数阈值之后，能够减小以太网卡通信的压力，集中统一发送处理能够提高通信效率。通过本发明的技术，可实现对电磁推进系统运行控制数据进行高速实时检测，更快速的实现故障诊断和预测。
31.如图2所示，根据本发明的另一方面，提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统，该超导磁悬浮列车电磁推进系统采用如上所述的超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法进行超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信。
32.应用此种配置方式，由于本发明的超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法能够进行高速、大容量以及实时性通信。因此，将本发明的超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法运用到超导磁悬浮列车电磁推进系统中，能够极大地提高超导磁悬浮列车电磁推进系统的工作性能。
33.进一步地，在本发明中，为了实现超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信，可配置电磁推进系统包括：电磁推进系统信号处理器和以太网卡。电磁推进系统信号处理器包括控制核和通信核，控制核用于执行超导磁悬浮列车电磁推进系统的控制程序并生成各个控制周期的数据；通信核与控制核连接，通信核用于同步接收控制核各个控制周期的数据，并依次将各个控制周期的数据交替压入通信核的第一缓冲区和第二缓冲区。以太网卡与通信核连接，以太网卡用于批量发送通信核的第一缓冲区或第二缓冲区的数据以实现超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信。
34.作为本发明的一个具体实施例，以太网卡可通过串行外设接口(spi)与通信核连接。
35.此外，在本发明中，为了进一步压缩通信的数据量，可配置通信核的第一缓冲区和第二缓冲区的数据的通信协议与以太网卡批量发送的数据的通信协议一致。
36.作为本发明的一个具体实施例，通信协议包括起始码、数据量、数据采样周期、时钟信息、采样个数和各个采样数据。在本发明中，通过采用起始码和数据量标识数据包，有利于接收方对数据进行处理。数据量为数据包的字节长度，时钟信息为数据包中第一个数据的采样时间，采样个数为控制核中的检测点的个数n，每个控制周期压入n个数据，具体的通信协议如下表1所示。
37.表1通信协议
[0038][0039]
起始码为以太网卡数据粘包时分割数据包使用，起始码设置为ff ff ff ff。时钟信息设置为当前授时时间，精度为us。数据采样周期为控制周期，时间精度为us。数据量为数据包中所含数据的个数。数据按照检测点每个控制周期依次排列。接收方通过数据包起始时间和数据采样周期能够推算每个数据的采样具体时间，从而减少时钟信息的存储。
[0040]
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1和图2对本发明的超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法进行详细说明。
[0041]
如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法，该方法具体包括以下步骤。
[0042]
步骤一，通信核接收控制核当前控制周期的数据。
[0043]
步骤二，判断通信核的缓冲区计数是否大于缓冲区计数阈值。
[0044]
若缓冲区计数大于或等于缓冲区计数阈值，则缓冲区计数更新为零并触发以太网卡传输，判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区。
[0045]
若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则以太网卡发送第一缓冲区的数据并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识。判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一。
[0046]
若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则以太网卡发送第二缓冲区的数据并切换第一缓冲区和第二缓冲区的标识，判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一。
[0047]
若缓冲区计数小于缓冲区计数阈值，则判断当前数据压入缓冲区是否为第一缓冲区，若当前数据压入缓冲区为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第二缓冲区，缓冲区计数加一；若当前数据压入缓冲区不为第一缓冲区，则将当前控制周期的数据压入第一缓冲区，缓冲区计数加一。
[0048]
步骤三，通信核接收控制核下一控制周期的数据，并返回判断通信核的缓冲区计数是否大于缓冲区计数阈值。
[0049]
综上所述，本发明提供了一种超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法及超导磁悬浮列车电磁推进系统，该超导磁悬浮列车电磁推进系统高速通信方法通过将控制核生成的各个控制周期的数据交替压入通信核的两个缓冲区并采用以太网卡批量发送各缓冲区中的数据以实现超导磁悬浮列车电磁推进系统的高速通信，该数据通信方法能够充分利用以太网卡的性能，实现数据的高速、大容量和及时通信。与现有技术相比，本发明的技术方案能够解决现有技术中电磁推进系统的通信方法无法满足高速、大容量以及实时性通信的要求的技术问题。
[0050]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0051]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位
之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0052]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0053]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。