wtb协议栈的软件结构设计及实现

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1、万方数据第29卷第5期2009年lO月铁道机车车辆RAⅡ

2、WAYLOCOMaⅡ、厂】E&CARV01．29Nb．50ct．2009文章编号：1008—7842(2009)05—00墙一04WTB协议栈的软件结构设计及实现张闯，陈为雄，黄根生(中国铁道科学研究院机车车辆研究所，北京100081)摘要采用模型驱动的设计方法，在研究了平面型网络体系结构、快车道和慢车道、嵌入式通信网络参考模型的基础上，完成册协议栈的软件结构设计，划分了功能性模块和非功能性模块，对wTB初运行模块进行了控制平面和数据平面划分，指出了并行工作需求、是

3、否包括定时器、任务切换的系统开销是否可以忍受、可移植性等是模块实现方式选择的重要因素，最后给出了各任务的优先级。关键词嵌入式通信软件；wTB；软件结构设计中图分类号：哪73．1文献标志码：A咖(Wire惭nB璐，绞线式列车总线)是mC61375一l定义的列车总线协议LlJ，也是rIB／13035—2002推荐的车辆间通信协议【2】。该总线源于西门子的D玎蚪3322和意大利cD450【3】。该总线的设计目标有3个：提供实时可靠的数据传输服务，能够适应列车编组变化并自动识别车辆在列车中的位置和方向，不同制造商生产的车辆可互操作

4、。wIB在屏蔽双绞线上的传输速率为l加)／s，32个节点，传输距离可达860m【¨。wTB传输的数据分为两类，一类是实时过程数据，另一类是按需发送的非实时消息报文，WTB通过主节点控制下的周期性轮询方式实现过程数据硬实时传输，在每个周期的空闲时间按需传输消息报文或监视数据。开发舳协议栈，选择合适的方法是首先要考虑的问题。而对于软件结构设计，有两种途径：需求驱动和模型驱动。需求驱动开发方法按需求分解系统的功能，同时将系统分成物理组件，然后将功能分配到物理组件中，这些物理组件最终被集成起来。采取这样的开发方法有一个前提，即在开

5、发前充分的理解需求，而在现实世界中，是很难做到的。采取这样的开发方法，还需要较早的将功能分配到物理组件中，随着开发的深入，功能需要被分配到更低层次的物理组件中，有可能单个功能被分配到多个物理组件中，这个分配过程可能形成数百上千的多对多决策树。现有的开发方法缺乏相关指南，指导如何进行这种分配，如何分析平衡优化。对于wrB来讲，ⅢC61375对协议做了规范，但作为产品需求，还不够完整。因此，从分解产品需求人手，不如从建立产品的通用结构人手。而且，模块化过程是EN50128对铁路电子产品软件开发的要求之一。模块化过程有两个重要方

6、向：一个是建立通用的体系结构，另一个是模块抽象化。前者重点解决模块如何划分，后者重点解决模块如何复用。本文重点研究如何设计wI'B协议栈的软件结构，并给出具体实现。1几个典型模型1．1平面型网络体系结构平面型网络体系结构模型[3j将通信功能分成3个不同的平面，如图1所示。图1平面型网络体系结构【3】数据平面负责系统核心功能，由输入包处理和输出包处理两部分组成。输出包处理功能相对简单，主要由介质访问管理模块构成。输入包处理功能相对复杂，需要分类、解析、认证、编辑、修改。在设计数据平面时，很重要的一点是充分理解系统对上述两部分

7、处理过程的需求。同样重要的是处理好与控制平面的关系和集成。评估数据平面设计有以下几个方面L4J。(1)报文分类性能：搜索性能和解析灵活性是影响该性能的两个因素；(2)服务性能：指的是标准兼容性、流量监管范围、流量监管粒度、准确性、每个报文的监管操作数量；(3)前向处理性能：指的是在目标传输速率下，能够完成所有必需的报文修改；张闯(1976一)男，辽宁宽甸人，助研员(收稿日期：猢9—06—29)万方数据第5期Wm协议栈的软件结构设计及实现19(4)与控制平面的集成能力：数据平面允许控制平面专注于应用处理，即处理4层以上的报文

8、。控制平面通过与对方的通信，为数据平面的正确操作建立相关表L3J。管理平面跨越数据平面和控制平面，负责系统的控制和配置，是系统中执行“管家功能”的部分，包括修改配置、获取状态与统计信息等功能【3】。1．2快车道和慢车道快车道和慢车道是面向报文包提出的概念。快车道是优先级高，对时间要求高的报文经过的路径，需要考虑如何加速、优化。慢车道是优先级较低，对时间要求低的报文经过的路径。1．3嵌入式通信软件基本结构对于一个产品，除了要满足功能性需求，还要考虑安全性、可靠性、可维护性，因此，在平面型网络体系结构的基础上增加了相应模块，形

9、成嵌入式通信软件的基本结构【5】，具体如图2所示。图2嵌入式通信软件的基本结构【5】“通信协议栈”是通信软件的核心，采取层次化结构，每层可由一个事件驱动的状态机实现。“通信控制”是应用程序或通信设备控制功能的容器，例如使用协议栈与其他设备通信的应用程序、转换协议的网关、用户访问协议栈的接口、其他应用和设