隨著我國機車控制水平的不斷提高，微機控制已經(jīng)成為我國機車控制的重要控制方式，而邏輯控制單元LCU（Logic Control Unit)作為主要完成機車運行邏輯控制、電路故障記錄控制等功能的控制模塊，是關(guān)系機車安全運行的重要部件。與傳統(tǒng)觸點控制電路相比，LCU具有可靠性高、體積小、通用性好、維護簡單方便等優(yōu)點。
　　傳統(tǒng)的LCU檢測包括人力檢測、單片機檢測和PC機通過串口控制開發(fā)板檢測[1]。但是隨著LCU生產(chǎn)制造水平的提高，傳統(tǒng)的檢測方法已經(jīng)不能很好地完成測試任務(wù)。
　　ARM具有設(shè)計開發(fā)周期短、功耗低、性能優(yōu)越等特點，能夠滿足LCU檢測的要求。基于Linux操作系統(tǒng)開發(fā)的通用LCU檢測軟件，可以提供多層次、多場合的復(fù)用，可節(jié)省設(shè)備成本，具有巨大的市場前景和經(jīng)濟效益。
1 系統(tǒng)設(shè)計原理
　　LCU檢測就是對LCU內(nèi)部運行邏輯做出測試并進行故障診斷。測試系統(tǒng)通過向被測試的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行軟件分析。傳統(tǒng)硬件繼電器觸點分為“常開觸點”和“常閉觸點”兩類。一條線路的運行結(jié)果會反映到另外一個線圈上，因此，繼電器控制的輸出可以用線圈表示。本文沿用硬件繼電器中的名稱進行軟件邏輯分析。在程序中以BOOL變量TRUE表示觸點開狀態(tài)，F(xiàn)ALSE表示觸點閉狀態(tài)。
　　線路上的信號都可以采用二進制表達，所以測試的范圍會根據(jù)線路上觸點個數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)增長。對于要求不太嚴格的控制信號，只要求在適當(dāng)?shù)臈l件下，得到開通或閉合的結(jié)果，其動作的條件為充分不必要條件。對于要求嚴格的控制信號，不僅要求在確定的條件下得到應(yīng)有的結(jié)果，而且要保證這個條件是充分必要條件。因此，很大程度上測試可能會遍歷觸點的所有組合，測試的總體消耗時間就會擴充到很大的時間范圍。假設(shè)一條線路的信號流動經(jīng)過時間值為ns, 則計算一條包含20個觸點的線路的全部測試時間為220ns。
　　可見，測試情況的選擇十分重要。測試復(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的多少。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)反映在程序中的情況就是保留測試的選擇性，便于在后續(xù)工作中進行選擇和修改。此外，控制程序的算法，進行復(fù)合運算，提高測試的效率也是關(guān)鍵所在。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
　　交叉編譯器的設(shè)置是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的第一步。所謂交叉編譯就是在一種體系結(jié)構(gòu)的機器上編譯出能夠運行于另一種體系機器上的代碼。若要開發(fā)在ARM目標(biāo)板上運行的程序，無論是操作系統(tǒng)還是應(yīng)用程序，都必須是基于ARM體系指令的二進制代碼[2]。但是直接在ARM目標(biāo)板上開發(fā)程序，無論是程序運行速度還是調(diào)試手段，都嚴重制約了開發(fā)效率，有些程序的編寫更需要在PC機上才能完成。交叉編譯的作用，就在于在PC機上開發(fā)程序，交叉編譯后，再放置到ARM目標(biāo)板上去執(zhí)行。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)。兩個著名的開源Boot-loader，其中一個是U-boot，它的形式就是一個代碼包，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語言代碼羅列在對應(yīng)的文件夾下，讓開發(fā)人員自行配置。
　　修改U-boot的過程：（1）基本的硬件初始化；（2）跳轉(zhuǎn)到 Stage2 的 C 入口點；（3）定義函數(shù)Nand_init；（4）跳轉(zhuǎn)到Kernel。
　　Linux內(nèi)核就是一個可執(zhí)行的Linux操作系統(tǒng)的套件集合，簡稱內(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行內(nèi)核配置。在配置內(nèi)核的時候，需要定義內(nèi)核啟動的命令行。
3 LCU檢測系統(tǒng)應(yīng)用程序
3.1 軟件設(shè)計及其要素
　　軟件的應(yīng)用設(shè)計，就是確定軟件的各個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，以及部分運動發(fā)展的走向和趨勢，最終得到可以預(yù)見的結(jié)果[4]。它應(yīng)該遵循下面四個基本要素：名稱、問題、解決方案效果。
面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)，從不同的對待問題的層次出發(fā)能得到不同問題的解決方案。其基本工作流程如圖3所示。

3．2 定義基本的類和對象及人機界面的設(shè)計
　　在需求分析的說明中，最常出現(xiàn)的三個名詞分別是觸點、測試和線圈。每個測試包含了不同的線圈，每個線圈又分別由觸點組成。所以，觸點、線圈和測試能夠分別抽象出來做成單獨的類。觸點必須有ID、常開/常閉的類型和運行中處于的值都應(yīng)該在屬性中出現(xiàn)。測試的ID應(yīng)該能夠區(qū)分是哪一次測試，并且記錄下所包含觸點的初始值以及標(biāo)準(zhǔn)情況下結(jié)果的預(yù)計值。線圈則以觸點和測試作為成員變量。
　　首先設(shè)計用二維數(shù)組來模擬測試與觸點的關(guān)系。假設(shè)數(shù)組的橫向和縱向表示分別為測試和觸點，則某個線圈的設(shè)計如圖4所示。

對照實際情況,可以使用二維數(shù)組進行描述。觸點的加入和刪除就是列的插入和刪除運算，測試的加入和刪除就是行的插入和刪除運算。對某線圈的實驗就是把每行遍歷一遍,結(jié)果對照預(yù)計值進行邏輯判斷。但這僅僅是表達了單個線圈的情況，多個線圈則呈現(xiàn)如圖5所示的書頁式的結(jié)構(gòu)。

直觀上看，重疊配置的線圈就像是檢查手冊的一封封頁面，測試整個系統(tǒng)的方法就是翻弄這本“書”，從頭至尾把所有的線圈遍歷一遍。
3.3 序列化存儲類serial和鏈表類
　　如果延續(xù)這樣的思路，則關(guān)于數(shù)組的操作會產(chǎn)生新的問題：C語言中定義數(shù)組必須先確定數(shù)組的大小才能分配合適的內(nèi)存。例如，要得到一個m×n二維數(shù)組,則必須在編譯時確定m和n的大小，但實際上要求m和n是可變的。
　　由于文件是測試系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用的接口，應(yīng)該先沿著采用文件來登記測試項目的結(jié)論進行分析。采用序列化技術(shù)能夠簡單而方便地實現(xiàn)文件存儲。序列化是指將對象實例的狀態(tài)存儲到可持久保持信息的物理設(shè)備的過程，其特點就是線性存儲。序列化技術(shù)實現(xiàn)了文件的存儲，同時它也給出了一種思路：把所有一切都統(tǒng)一對待，變成一根主線。應(yīng)用到“二維結(jié)構(gòu)”上就是將二維表變成一維的大表，同時用指針來保持邏輯的連接。如圖6所示。

但序列化只提供鏈型的存儲形式，只能用一維的鏈表模擬二維數(shù)組,因為不知道二維鏈表的指針應(yīng)該如何安排。
　　決定采用鏈?zhǔn)铰?lián)系的方法：用指針來實現(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)生定義觸點鏈表類、測試鏈表類和線圈鏈表類，并將它們抽象出一個基本的鏈表類，實現(xiàn)鏈表基本的操作，再從它派生出上述三個鏈表類。
3.4 計算預(yù)計值
　　測試隨意地更改其所包含的觸點，隨之變動的是測試的預(yù)計值。這可以采取人工輸入來實現(xiàn)，但是如果用表達式字符串來表達測試的邏輯計算，可以通過字符替換的方法讓機器來實現(xiàn)。
　　表達式字符串中間必須有觸點的ID名字，常閉觸點的名字前加“~”，測試線路的“與”邏輯用字符“*”來表示，或邏輯用字符“|”來表示（也可以選擇其他的計算字符），用括號表示優(yōu)先的線路邏輯,空格是人性化的適應(yīng)性定義。這樣即可以表達出線路的邏輯。
　　計算預(yù)計值的算法如下：
　　(1) 輸入目標(biāo)字符串。
　　(2) 首先去空格。
　　(3) 用觸點的狀態(tài)值替換觸點ID,如果是FALSE,替換成F,如果是TRUE,替換成T。
　　(4) 開始循環(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
　　 (T) 替換成T
　　 (F) 替換成F
　　測量字符串長度,如果和上次相比變小,則重新開始循環(huán)；如果沒有變化,則跳出循環(huán)進行下一步。
　　(5) 判斷：如果字符串==T,則說明預(yù)計值是TRUE；如果字符串==F,則說明預(yù)計值是FALSE；如果字符串是其他值，說明輸入的表達式有誤，提示重新確定表達式。