高速公路检测系统概要设计

1、 概要设计文档高速公路检测系统概要设计版本：V3.0发布时间： 河南蓝信科技有限公司文件变更记录*A - 增加 M - 修订 D - 删除变更版本号日期变更类型（A*M*D）修改人变更摘要审核批准高速公路检测系统概要设计一、引言41.1 编写目的41.2 背景41.3 定义41.3 开发环境41.5 通讯方式41.6 参考资料5二、总体设计52.1 基本设计概念及处理流程52.2 系统时间基准82.3 文件生成和命名规则92.3.1 文件生成规则92.3.2 文件名构成92.3.3 文件显示方式102.4 灯定义102.4.1 车载灯定义102.4.2 地面灯定义10三、分模块设计113.1

2、DMS2系统113.2 司机室存储系统113.2.1 信息处理方式113.2.2 模块结构133.3 音频采集系统143.3.1 信息处理方式143.3.2模块结构153.4 视频采集系统163.4.1 信息处理方式163.4.2模块结构17一、引言1.1 编写目的本文档描述了高速公路检测系统的设计方法，用以指导软件开发人员的详细设计和编码工作。1.2 背景本系统名为高速公路检测系统，音频卡、视频卡安装在Arm9-LPC3250核心板上，通过DMS2核心板与其它设备协同工作；回放软件工作在Windows系统上，通过TCP协议与司机室系统进行交互；司机室系统运行在Arm9-LPC3250核心板上

3、。1.3 定义DMS：列控设备动态监测系统；EOAS：高速公路检测系统（E: engineer; O: operation; A: analysis; S: system）EB：外部扩展总线（E: extended; B: bus）1.3 开发环境1、回放软件：l 语言：C#；l 开发环境：visual studio 2008；l 外部组件、库：DIRECTX9.0组件，H264解码器；2、音频采集、视频采集、高速摄像机程序：l 语言：标准C+，采用标准C+库4.6；l 开发环境：gcc，g+；l 外部组件、库：lib555 2011.12.19，cxutils2.0；3、司机室存储系统l 语

4、言：标准C+，采用标准C+库4.6；l 开发环境：gcc，g+；l 外部组件、库： cxutils2.0；1.5 通讯方式主机内部各板卡采用一主多从的通讯方式，在主核心程序的控制下通过EB总线进行通讯，司机室与转换器通过网络进行通讯。具体的交互方式参照相应的通讯协议。1.6 参考资料n DMS设备与EOAS通讯协议V2.docn LX-30-SJ-0006 动车组司机室视频采集系统软件设计方案.docxn 动车组司机室音、视频传输协议.docn 司机室与回放软件通讯协议.docn LX-30-SJ-0007 动车组司机室音频采集系统软件设计方案.docx二、总体设计2.1 基本设计概念及处理流

5、程本系统是对ATP数据、基本信息数据、音频数据、视频数据，进行实时安全的保存，并对保存的数据进行回放、分析，为列车的安全运行保驾护航。按信息的重要程度及信息量的大小，存储分为两种模式：1、黑匣子：循环保存ATP数据和接点信息数据、车辆数据、2分钟音频和视频数据。用于对灾难性事故原因的分析；2、司机室专用存储设备：保存ATP数据、基本信息数据、接点信息数据、车辆信息数据及实时的音频数据和视频数据，用于日常分析。3、高速摄像机：用来记录前方线路的运行状况。系统的实现分为两个阶段：1、在DMS2主机的基本上加上数据转换模块与黑匣子，见图1。第一阶段发送模块预留，黑匣子仅保存ATP数据；2、在EOAS

6、主机实现，见图2；3、读卡器程序结构及交互图，见图3。图1：实现方式1：板卡插在DMS2主机上（基本信息流）图2：EOAS主机模式（基本信息流）图3：读卡器程序结构及交互图2.2 系统时间基准系统时间以DMS2发送的基本信息时间为基准，基本信息中的时间精确到秒。本地开一个计时器，以mS为计时单位。当收到相邻两次基本信息中的时间相差大于等于1秒时，重新开始计时。算法如图4。图4：系统计时算法2.3 文件生成和命名规则2.3.1 文件生成规则文件生成规则如下：1、当车次或者司机号发生变动时，生成新的文件。当仅车次变为空时（0， A0），不重新生成文件；2、当文件的大小超过一定的长度时，生成新文件。

7、2.3.2 文件名构成文件名由：日期部分加车次、司机号、车号构成，各个部分间用“_”分隔。1、日期部分 日期由年月日时分秒成成，年占个字符，月、日、时、分、秒，分别占两位，不够前面补零如：20120124210101。2、车次部分车次部分由四个字符加3位数据部分构成，数据部分为原始的数据未转成字符。初始车次为0，ATP故障时为A0，在这两种情况下不生成新的文件。3、司机号司机号部分为3字节的数字。4、车号车号由机车型号和机车号构成，机车号在前。5、ATP数据ATP数据后缀前的部分为ATP类型。2.3.3 文件显示方式目前共记录数据类型包括：ATP数据、DCMS数据、车辆数据、CIR数据，日志文

8、件，读取文件列表时全部读取，但对用户来说，他只需知道当天运行数据是一个文件即可，所以同一天、同一司机、同一车次、同一车号的文件显示一个文件名，文件名为日期-车次-司机号-车号即可，下载时默认下载全部数据文件。2.4 灯定义2.4.1 车载灯定义Linux系统未启动时，为全灭，启动后为全亮。灯的定义如表1所示。表1：灯的定义编号意义闪亮灭B1主程序运行正常正常异常未定义B21、有存储盒时，表示EOAS通讯正常，且写入正常； 2：无存储盒时，表示EOAS通讯正常 正常异常未定义C11：有存储盒时，表示音频采集+写入正常； 2：无存储盒时：表示音频采集正常；正常异常未定义C21：有存储盒时，表示视频

9、采集+写入正常； 2：无存储盒时：视频采集正常；正常异常未定义D1网络正常正常异常D2写入正常正常异常不可以注释：l 开机后所有灯为常亮状态；l B2：ATP数据，DCMS数据，音频数据，视频数据只要有一方在写为闪；2.4.2 地面灯定义Linux系统未启动时，为全灭，启动后为全亮。灯的定义如表2所示。表2：灯的定义编号意义闪亮灭A1主程序运行正常正常异常未定义A2PC机通信指示灯 正常异常未定义B1USB挂载正常正常异常未定义B2正在读取U盘数据正常异常未定义三、分模块设计本系统要实现的子系统有：音频采集系统、视频采集系统、司机存储系统、音视频回放系统；需修改的系统：DMS2核心板程序。3.

10、1 DMS2系统DMS2系统需要做相应的修改，以实现以下功能：1、转送音频数据、视频数据、ATP数据、接点信息数据、转换后的基本信息数据到转换器，用于司机室信息存储的来源；2、转送转换后的基本信息到音频采集卡、视频采集卡；3、转送ATP数据、接点信息数据到黑匣子；3.2 司机室存储系统司机室存储系统从转换器接收数据，对数据进行解码等处理，保存数据到司机专用存储设备。并实现上位机软件（回放软件）对保存文件的查询、分析、下载和删除等处理。暂不允许回放软件对存储器中的数据进行删除操作3.2.1 信息处理方式本系统采用多线程模型，除了主线程以外，还创建了相应的工作线程。分别由不同的线线程对音频数据、视

11、频数据、ATP数据进行解码，及其它后续处理。对数据的接收和处理采取生成者、消费者模式。生产线程从通讯转换器接收数据，并在接收到数据通知消费者线程。消费者线程对数据进行处理，处理结束后通知生产者线程。处理模型如图5。图5：处理模型图本系统的主要算法流程如图6所示：图6：算法流程司机上车，插接上专用存储设备，对设备上已有数据的处理；删除部分数据，并优先保存已经存储的数据，即如果已经存满，对后续数据不再进行保存，见图7；图7：优先已存数据方式3.2.2 模块结构司机室转存系统通过网线与通信转换器相连，以获取DMS传来的ATP、音频、视频等数据，信息流见图1。该系统还可以通过网络接口直接与PC机上回放

12、软件进行通讯，实现文件的上传。本系统主要包含9个模块，如表2所示，各模块间关系如图9所示。表2：模块及其功能表模块名功能ATP数据接收模块负责从通讯转换器接收数据ATP数据解析模块对接收到的ATP数据进行处理自动校时模块根据接收到的基本信息数据，清计时音频数据实时接收模块实时接收音频数据音频数据实时处理模块对接收到音频数据进行校、解码等处理视频数据实时接收模块实时接收视频数据视频数据实时处理模块对接收到视频数据进行校、解码等处理U盘检测模块实时检测是否有U盘插入回放软件服务器端检测是否与回放软件相连接，相连接则进行相应的通讯，并按回放软件的命令进行相应的处理图9：模块关系图3.3 音频采集系统

13、DMS主机上安装有音频采集卡，该采集卡外接一个拾音器，可以采集到动车组司机室的语音数据。本系统需要在这些语音数据中嵌入车次、司机号、副司机号等机车信息(从DMS中获取这些信息)，然后以实时的方式发送至EB总线，同时还要将它们保存至本地的CF卡中。当系统检测到有U盘插入时，自动将CF卡中的数据拷贝至U盘。考虑到CF卡的容量有限，若空间不够时，可以删除较早生成的文件。3.3.1 信息处理方式音频采集系统利用422串口从拾音器中获取动车组司机室的语音数据，从EB总线中获取机车信息。接收到这两路数据后，将机车信息按照音频文件储存结构(附录一)的规定嵌入到音频数据中，并通过底板总线实时发送出去。除了将数

14、据发送至底板总线外，还要将它们存储到本地的CF卡上。本系统采用多线程模型，除了主线程以外，另创建了四条工作线程，分别用来读取音频数据、读取并检出机车信息、实时发送和存储数据，以及实时检测U盘并下载数据。系统会创建一块儿共享缓冲区(详见5.1节)，由前三条工作线程共同使用。为了保证线程之间的同步，为该缓冲区分配了两个计数信号灯和一把互斥锁，计数信号灯通知音频数据读取线程和机车信息读取线程当前缓冲区是否可读写，互斥锁控制数据的读出和写入。线程模型如下图10所示：图10：线程3在实时发送音频数据时，为了保证数据内容被正确接收，需要按照附录二所定义的协议格式封装后再发送。3.3.2模块结构本系统主要包

15、含七个模块，如下表所示：模块名功能机车信息检出模块从EB总线中获取基本信息数据，并检出机车信息音频数据检出模块从422串口检出音频数据音频数据打包模块将机车信息嵌入到音频数据中音频数据实时发送模块将打包好的音频数据通过底板总线实时发送出去音频数据本地存储模块将打包好的音频数据保存至本地CF卡中U盘检测模块实时检测音频采集板中是否有U盘插入CF卡数据拷贝至U盘模块当检测到有U盘插入时，自动将CF卡中的数据拷贝至U盘各模块之间的关系如下图所示:3.4 视频采集系统3.4.1 信息处理方式视频采集系统利用网口从智能摄像头中获取动车组司机室的视频数据，从EB总线中获取机车信息。接收到这两路数据后，将机车信息按照视频文件储存结构(附录一)的规定嵌入到视频数据中，并通过底板总线实时发送出去。除了将数据发送至底板总线外，还要将它们存储到本地的CF卡上。本系统采用多线程模型，除了主线程以外，另创建了三条工作线程，分别用来读取视频数据并实时发送和存储、读取并检出机车信息，以及实时检测U盘并下载数据。系统会创建一块儿共享缓冲区(详见5.1节)，由线程1和线程2共同使用。为了保证线程之间的同步，为该缓冲区分配了一把互斥锁，用来控制数据的读出和写入。线程模型如下图所示：线程1在实时发送视频数据时，为了保证数据内容被正确接收，需要按照附录二所定义的协议格式封装