线上期中总结篇（1）

本次单芯片多处理器的设计将两个Thumpl07内核集成在一个芯片上，两个内核处于完全对等地位，实现进程级的粗粒度并行。由于已经具有可以利用的内核，开发的重点就集中在高速缓存(Cache)一致性的实现上。芯片采用了基于内部总线写更新监听的高速缓存一致性协议，具有控制逻辑简单、可扩展性好的特点。内部总线采用适合片上系统通信、高可配置性的WISHBONE总线。使用该片上总线有效地解决了IP核可移植性、设计复用的问题[2l]。

1 WISHBONE总线

WISHBONE最先由Silicore公司提出，现在被移交给OpenCores组织维护。由于其开放性，现在已有不少用户群体。特别是一些免费的IP核，大多数都采用WISH-BONE标准。该总线结构具有公用的接口规范方便结构化设计，有效地解决了IP核可移植性、设计复用的问题。

WISHBON耳总线为半导体内核提供了可配置的互连方式，能够使各种内核互连起来形成片上系统；WISH-BONE总线具有很强的兼容性，提高了设计的可重用性；WISHBONE总线的接口独立于半导体技术，其互连方式既可以支持FPGA设备，也可以支持ASIC设备；WISHBONE总线协议简单、易懂。

WISHBONE总线是一种主／从接口架构的总线技术，如果具有有效的仲裁机制，总线系统可以支持多个ne／从接口；WISHBONE总线的可配置性主要体现在支持点到点、共享总线、数据流、交叉开关型的互连方式；WISHBONE总线协议既包含了一种容易使用、可靠性高、易测试、所有总线事务都可以在一个时钟周期内协同的同步传输协议，也包含了标准时钟周期的异步传输协议；WISHBONE总线的同步传输协议可以工作在一个大范围的时钟频率上。这样WISHBONE总线接口既可以与内核时钟周期同步，也可与不同的目标设备同步，时序都非常简单。此外，WISHBONE总线还具有如下特点：

·简单、紧凑的硬件逻辑接口，需要更少的逻辑门；

·支持流行的单字读／写、块读／写、读-修改-写的总线协议；

·可调整的总线和操作数位宽；

·支持大端(big endian)和小端(1ittle endian)两种数据表示方法；

·握手协议能够控制数据传输速率；

·支持单周期数据传输；

·从接口的部分地址解码；

·根据系统需要，用户可自定义增加接口信号；

·系统包含多个MASTER接口时，用户可以自定义总线仲裁方式与算法。

图2

2 实现方案

单芯片多处理器的每个内核都有分离的16KB指令高速缓存(1Cache)和16KB数据高速缓存(DCache)；指令高速缓存和数据高速缓存都采用两路组相联的映射方式；每块都包含8个字；采用虚拟地址定位、物理地址比较的寻址方法；替换方式为LBU(最近最少使用替换)。

指令高速缓存不涉及一致性问题，不多做说明。数据高速缓存采用基于监听总线的写更新一致性协议Dragonl[3]

协议状态说明见表1。

表1 协议状态

状 态说 明

干净独占（E）　只有一个缓存有这一存储块的拷贝，并且还没有被修改（主存状态也有效）。　干净修改（SC）　潜在的两个或多个缓冲有这一存储块，主存不一定是最新的。　共享已修改（SM）潜在的两个或多个缓冲有这一存储块，主存不是最新的。该块在被替换时，要更新主存（写回）。一个存储块在一定时间内只能在一个缓冲内共享已修改状态。　独点已修改（M）存储块的内容已经被修改，并且只在该存储块里，发生替换需要更新主存的内容。　确定一致性协议后，单芯片多处理器的数据高速缓存单元整体设计见图1。

片内总线采用WISHBONE总线共享型连接，每个内核的数据高速缓存的控制单元都包含WISHBONE总线的一个主接口(MASTER)和一个从接口(SLAVE)；数据总线为32位；地址总线为33位，其中最高位是两个从接口的选择位；片内总线采用预先同步传输协议；仲裁方式为轮换型；片外总线接口与广泛应用的工业标准SYSAD系统总线兼容。

在UNCAHCE空间发生的读写操作，直接访问外部总线，与主存通信；在CACHE空间发生的读写操作，过程如下所述：

读缺失：当一个内核的数据高速缓存发生读缺失，由本地主接口通过片内总线向远端数据高速缓存发出读请求，远端从接口通过片内总线应答请求。如果应答有该单元数据，就由远端数据高速缓存调来一个数据块(8个字)；如果没有，本地主接口结束片内总线周期，转而访问外部总线，由主存调人数据。

写缺失：内核发生写缺失时，前半部分的操作与读缺失完全一致；只是如果缺失单元是从远端数据高速缓存调来的，由于采用基于写更新的Dragon协议，所以在完成片内总线块传输事务后还要产生一个单字写总线事务，更新远端数据高速缓存单元。

读命中：不会产生任何总线事务。

写命中：如果该单元的原来状态是SC或SM，基于写更新协议，由本地主接口通过片内总线向远端数据高速缓存发出写请求，远端从接口通过片内总线应答请求。如果应答有该单元数据，则通过一个单字写总线事务更新远端数据高速缓存单元；如果没有，结束片内总线周期。

替换：实现写回协议，只有被替换出的单元状态为SM或M状态，才通过外部总线更新主存，其他情况抛弃即可。

注意：完成上述操作后要根据DRAGON协议，更新本地和远端DCahe单元的相关状态。

3 总线事务时序分析

由前部分的说明发现在内部总线上可以产生三种类型的总线事务：读缺失时，块传输总线事务；SM或SC状态写命中时，发生单宇写总线事务；写缺失时，先是一个块传输总线事务而后在本地写操作完成后，一个单字写总线事务更新远端的数据高速缓存单元。以下是块传输和单字写总线周期具体的时序分析，下文提到的具体信号其意义可以查阅参考文献[1]。

块传输时序：主接口通过声明CYC_O申请总线的使用权，同时也给出STB_O、CTI_0(010)、WE_O(低电平)和ADR_O；经过若干时钟周期等待后，如果远端从接口给出ACK_I信号，同时给出的SHARE_I信号为低电平(说明远端数据高速缓存没有所需要的数据块，．SHARE_I为自定义的信号)，这时主接口忽略DAT-I信号，下一个时钟周期撤销CYC_O信号，结束片内总线周期；如果给出AClI信号的同时，SHARE_I信号为高电平(说明远端数据

高速缓存有所需要的数据块)，接收DAT-I上的数据；而后7个时钟周期内，每个时钟周期ADR_O数据加4，DAII上的数据根据地址相应地变化，在第7个数据传输的时钟周期CTI_O变为111，告诉远端从接口这是最后一个传输时钟周期，下一个时钟周期：降完成这个总线事务；最后一个时钟周期主接口撤销CYC_O信号，结束片内总线周期。内块传输时序见图2。

单字写总线周期：主接口通过声明CYC_O申请总线的使用权，同时也给出STB_O、CTI_O(111)、WE_O(高电子)、ADlO和DAT-0；经过若干时钟周期等待后，如果远端从接口给出ACK_I信号， 同时给出的SHARE信号为低电子(说明远端数据高速缓存没有所需要的数_I据块)，主接口下一个时钟周期撤销CYC_O信号，结束片内总线周期；如果给出ACK_I信号的同时，SHARK-I信号为高电子(说明远端数据高速缓存有所需要的数据块)，说明从接口已经用DAT-O上的数据更新了相应的数据单元，下一个时钟周期撤销CYC_O信号，结束片内总线周期。

单字写时序见图3。

线上期中总结篇（2）

      近年来，随国民经济的快速增长，在经济发达地区，城市快速轨道交通建设有新的发展趋势，一方面加快“网络化”的发展，另方面已从“城市化”发展到“城际化”。这是随城市经济发展的必然趋势，我们必须面对现实，密切跟踪。由于轨道交通工程是一项投资巨大、系统复杂、建设周期长、涉及面广的长远性系统工程，因此对于轨道交通建设必须进行城市轨道交通线网总体规划的研究，并对总体规划的思维和理念必须要有新的发展和支持。必须把城市轨道交通和城际轨道交通有机的联系起来，做好城市、城际的轨道交通总体规划。同时应注意到线网规划既要有不断创新的理念，但更要有务实的工作，做到可实施性、可操作性，做到“画在图上，落到地上”。这是当前的重要的研究课题，是一项务实性的研究。

一、城市轨道交通线网总体规划的目标和必要性

(1) 线网规划是轨道交通工程项目建设报审、立项的必要条件，是开展每一条线路设计的主要依据。

(2) 线网规划是确定轨道交通的建设规模和修建顺序，加强分期建设顺序的科学性，有利克服盲目性。

(3) 线网规划是决定换乘车站和换乘形式的基本根据，为预留工程建设的设计研究提供条件。

(4) 线网规划是为轨道交通工程建设用地规划控制的重要依据；是控制和降低工程造价的重要基础。

(5) 线网规划是城市建设的骨架，顺应城市的总体规划，支持、拉动城市建设发展，提高城市交通现代化品质，使轨道交通建设与运营进入良性循环，保持可持续发展的势态。

二、线网总体规划的性质和定位

1.轨道交通的性质

      城市轨道交通已从城市化发展到城际化，因此必须对目前出现的两个地域层次的轨道交通性质要有正确的认识和定义。

城市快速轨道交通是城市公共交通客运系统的骨干，是大众化，大运量、大站距为特征的安全、舒适、快速，准时的绿色交通工具，是采用独立的专用轨道、高密度运行的，为中长运距服务的、现代化的城市客运快速骨干系统。通常是指服务于城市内部为主和适当外延至相邻组团的线路，主要是强化、拉近城市内中心城与各组团之间的时空距离。因此城市快速轨道交通的线网规划的评价指标是以线网的覆盖密度和服务水平为主。从总体上讲，应定位为城市级线路。

      城际快速轨道交通是大都市圈（或城市群）之中、各城市间的快速轨道交通客运系统；对于每个城市（区）间直达性要求较高，主要是与中心城的紧密联系，由于线路长度多数在100km以上，长度取决都市圈（或城市群）的范围，其运营模式介于高速铁路与城市轨道交通之间，以长运距、快速为目标，与相邻的高速公路具有较强的竞争性；因此城际快速轨道交通的线网规划是以主要站点和长大运距的运营为特征，追求速度和时间目标为主。从总体上讲，应定位为城际级线路。

      由于城市化的发展，使各个城市间的经济、文化交流日趋频繁，城市边界不能阻挡轨道交通线路互相延伸的可能，使有些线路具有双重特性，但必须注意全线运量的均衡性，行车组织的经济性，在规划设计时，应该引起注意，认真研究。

      上述两种层次的轨道交通，由于城市的规模不同，客运性质不同，服务地域不同，速度目标不同，敷线设站原则不同，应该各城市自成线网体系，使城市网和城际网之间、既要互相渗透，又要避免重覆建设。因此要处理好两种系统轨道网关系，就是要重点解决“网与网的衔接点；线与线的换乘点；每条线的起终点”。

2.城市轨道交通线网总体规划的科学定位

      由于城市轨道交通工程是城市大型基础设施，具有城市建筑和城市交通的双重性，因此轨道交通规划的定位应是与城市总体规划、交通规划的关系，（如果是城际轨道交通线，还与国家或地方铁路有关系）主要归纳如下四点：

(1) 线网规划是城市建设规划，城市交通规划，轨道交通规划三者之间的边缘科学。

(2) 线网规划是大城市建设总体规划的重要组成部分。

(3) 线网规划是城市交通综合规划中公交体系中骨干系统；

(4) 线网规划是轨道交通系统总体性的专业规划。

      以上4点是对轨道交通线网总体规划的定位，阐明了轨道交通线网规划与城市建设总体规划、城市交通综合规划、轨道交通系统总体专业之间的关系，是有层次性、有独立性，又有紧密联系的大型综合规划。因此线网总体规划是三方联合的、以轨道交通专业为主的专项规划。

3.线网总体规划原则

      根据线网规划的性质和定位，提出如下四条原则：

(1) 依据城市总体规划――根据线网规划的性质和定位，明确线网规划的依据。因此线网规划的结构形态，必须与城市总体规划布局的结构形态相吻合。但城市总体规划是每5～10年修编，说明不同阶段（时期）有不同的的总体规划，那么轨道交通规划应随之调整，就有不同的轨道交通规模，所以线网规划总是随城市规划的发展而发展。

(2) 支持城市总体规划―― 支持城市总体规划的人口转移和土地开发要求，推动总体规划实现。这是需求与建设的和谐，为此科学地确定轨道交通线路的建设顺序是与支持城市建设实施是一致的。

(3) 超前城市总体规划――由于线网规划是适应城市远景的长远性规划，经验证明：在城市轨道交通建设中，必然有引导城市发展作用，并证明轨道交通线网构架已成为城市建设的骨架，具有对城市发展的超前性的引导作用。

(4) 回归城市总体规划――轨道交通的建设，必定对城市建设有较大冲击和导向；轨道交通的布局和建设顺序规划，也会调整城市总体规划，使轨道交通线网规划融入于城市规划，最终又回归于城市总体规划。

线网规划来自总体规划，又融入于总体规划，这正好是一个回归大轮回。

三、轨道交通线网规划的特征

      轨道交通线网规划包括城市和城际的轨道交通规划，在规划工作中应注意如下特征：

1．地区性：即建设与规划范围。

城市轨道交通规划范围，主要在城市区域，包括市区和组团，或向外适度延伸，线路长度一般控制在40km内；车辆最高速度为80km/h，旅行速度目标为35～40km/h；部分线路超过40km以上时，如果站间距较大，也可能实现旅行速度目标35～40km/h；否则需考虑车辆提速，经过论证，可将最高速度提高为 100或120 km/h；

      城际轨道交通规划范围，主要是在大都市圈（或城市群）之中，以中心城市为核心，向各城市呈辐射线路，线路长度一般在100km以上，车辆最高速度为160 km/h或200 km/h；

城际轨道交通的线路如何进入中心城市，关键是与城市轨道交通线网规划如何衔接，这是要重点研究的问题。

2．时间性：即规划年限。

      轨道交通建设总是要分期、分线、逐步实施。尤其是近期的合理规模是最现实的目标，所以轨道交通线网规划应分为近期――与城市建设远期总体规划年限的目标一致；远景期――与城市总体远景期规划目标一致，其规划年限是远景年概念；

      由于近期规划的建设规模目标，是追求尽快建立规模效应，重点是解决客流需求和支持城市发展规划为主。因此应至少有3条线路的基本规模，形成基本网架，以最少的线路达到最大的有效覆盖率，实现运营效益最大化。

      远景期的规划是具有长远性，超前性的规划，是对城市远景总体规划相适应的引导性规划，无具体年限。所以远景规划建设的顺序性是次要的，对于建设用地控制规划是十分重要，同时为近期建设的线路中，做好换乘关系的预留。

      所以轨道交通线网规划应按近期和远景期两期规划，而工作重点在近期。

3．层次性：即分层规划。

      在轨道交通系统中除了分为“城市”和“城际”两个层次外，对于城市轨道交通系统还需认识到每条线路的走向和地位是不同的，因此具有不同的运量级，分成大运量级和中运量级的线路；可能采用不同的车辆，也可采用同一种车辆，不同编组长度。假如采用a、b型两种车辆，就应以两种车辆为基础，分为两个线网层次，对每一个层次的线路长度，应用车辆类型和数量，进行规模上测算和相对平衡，对每一个层次的车辆维修基地应进行相对集中，车辆可灵活调度，维修设备资源共享，实现投资最小化，效益最大化。

4．实践性：即可实施性。

      轨道交通线网在建设时间上是一个长远规划，无论是近期或远期，规划的目的是用地规划控制，是为了保证轨道交通工程建设用地，保证今后工程建设的可实施性。同时为减少拆迁，降低工程造价具有重要意义。尤其是车辆基地占地面积较大，在城市的用地规划中急需提前控制，否则对于轨道交通建设影响极大，后果不堪设想。

5、稳定性与灵活性：即动态规划。

      轨道交通线网规划总是根据城市形态现状和发展规划而布设，在城市中心区，城市布局基本稳定，线网的结构框架应予稳定；在城市中心区，城市土地尚属于发展与开发状态，可能还未稳定，一般来说，线网的结构多数由市中心向外呈放射线型，应考虑多一些灵活性，以适应城市未来规划的调整。所以线网规划要有动态规划的概念，既要有稳定性，也要留有灵活性。

四、城市轨道交通线网总体规划的内容

      城市轨道交通线网总体规划的最终目的是确定线路和换乘点，控制用地规划。因此线网规划必须包括两大部分：线路网架规划和可实施性规划。简单的说，就是要“画在图上，落到地上”，尤其是“落到地上”是可实施性、可操作性的最终目的。“落到地上”的重点是解决“三点两地”的控制。“三点”是：每条线的起终点，网内的换乘点，网外（指城外的城际网，城内的公交网）的衔接点。“两地”是：车辆段用地，公用停车场用地。并对轨道交通走廊用地全面控制。确保轨道交通实施，是实现降低工程造价的重要措施。

1.线路网架规划的主要内容

(1) 确定线路数量，走向和覆盖范围；

(2) 确定线网结构和换乘节点；

(3) 确定车辆基地分布和位置；

2.可实施规划的主要内容

(1) 确定每条线路的敷设方式和用地地界控制规划；

(2) 确定每条线路的运量等级，进行不同运量等级的分层运营规划；

(3) 确定车辆基地的任务和规模，实现车辆及车辆修理的资源共享，达到车辆基地用地控制规划；

(4) 确定近期建设规模，及其每条线路的建设顺序规划和运营规划；

(5) 确定联络线功能和位置的用地规划，

(6) 确定每条线的起终点，预留其他交通方式的衔接和换乘用地、尤其是外来车辆的停车场站用地规划。

3.线网规划的重点提示

(1) 线网规划的方法，以定性与定量分析相结合，以定性为主；

(2) 线网规划的规模，以宏观与微观相结合，以宏观为主；

(3) 线网规划的实施，近期与远期相结合，以近期为主；

五、线网总体规划的总体思路与基本要素

1.线网总体规划的总体思路

可概括为：宏观控制，微观分析，分层规划，可持续发展。

(1) 宏观控制――进行线网结构总体构形态分析和总量规模控制，即“形与量”的总体控制。

(2) 微观分析――进行“点、线、面”的定性与定量分析，落实到：每条线路的走向和起终点；线网的形态和换乘节点；城市网和城际网的衔接关系。

(3) 分层规划――包括城市线和城际线的分层，不同运量的分级分层。在城市线网规划中的分层规划目的是选定车辆基地和任务分工，追求最小的规模，最大的效益、实现资源共享。所以分层规划即“层与场”的分析和规划。

(4) 可持续发展―― 保证工程建设的可实施性，进行线网的稳定性（核心区、核心层）与灵活性（外延性）的评价，为轨道交通建设保持可持续的发展。

2.线网总体规划的基本要素

      从线网规划的总体思路和实际工作中的实践经验总结，做好线网规划，必须把握七项基本要素，即：形、量、点、线、面、层、场。

 (1) 形：就是线网结构形态必须与城市结构形态相吻合。这里有两层意义：

      一是研究城市的基本形态，包括地形特征，组团结构，人口，就业岗位的分布的基本形态，通过以上分析，可以看出城市客流的基本动脉和主要流向。

      二是研究线网布局的几何形态--线形布局可有各种形态，随线路数量增加而复杂化，但最基本的线形，可归纳为棋盘形、放射形、环形和树杈形等四种基本线形的组合。事实上棋盘形和放射形是最基本的网形，环形和树杈形上述网形的扩展和充实。

所以线网结构形态必须与城市客流的基本动脉相符，从宏观上构筑线网的结构形态。

 (1) 量：就是线网规模的总量控制。这里包括客运总量分担量；线路密度和强度；最终确定线路规划长度总量；

      ①客运总量的分担量是根据城市交通综合规划，确定的城市公交客运总量，对轨道交通合理分配的分担量。

      ②线路密度和强度是结合不同地区的人口和就业岗位的分布，确定轨道交通的线路的分布密度和负荷强度。

根据上述概念，可以从宏观上测定线网规划中线路的分布密度和需求长度，就是比较经济的规模，同时为线网多方案比较提供同一个平台基础。

对于城际轨道交通线路的线网，并非是追求密度，而是采用“通道”理念，根据运量和距离确定线路数量和长度。

 (1) 点：就是轨道交通客流源，是大型客流集散点，是线网规划的控制点，也是车站布设的固定点。由于各个点在线网中的位置不同，性质和任务不同，这种控制点要分类分析。客流集散点地位和量级须分层分析，确定线网规划中不同等级的控制点。根据客流性质和线路技术要求，可分为以下五种类型：

      ① 城市大型交通枢纽，如：火车站，机场、长途客运站、公交场站、地区交通中心等，属于全日性交通客流集结点。

      ② 大型公共活动中心，如：文化娱乐、商贸中心，广场等，属于全日性休闲客流集结点。

      ③ 生活与工作聚集区，如：居住小区，企业机关群区等，属于上下班的劳动客流集结点。

以上客流均为集结性客流，并具有多向性发散的特点，一般应作为线网交织处的换乘点。

      ④ 车辆基地位置及其接轨点。这虽然不是客流控制点，却是技术作业站点，由于车辆

基地及其接轨点位置，对于车站站点和线路的走向控制有较大影响。

      ⑤ 线路起终点，应与其他交通停车场位置相配合，具有良好的衔接换乘关系。

由此可见，“点”是客流源，是轨道交通的出发点和贯通点。所以选好点，布好点，就是为线网编织拟定了基本节点和覆盖范围。由此可见，“点”就是纲，纲举才能目张。这就是轨道线网规划的基本出发点。

(1) 线：就是城市客流走廊，对外辐射方向，确定客流主流方向。这里“线”的概念包含多种意义：

      ① 线路的线形和走向；这是构筑线网构架的起步，每条线形既要符合客流主要方向又

要吻合城市地形条件，同时要顾及每条线运量的均衡性，所以是一个穿“点”连“线”的功夫。基本线形采用有：i（贯通直线形）、l（折线形）、u（漏斗形）、o（环形）、y（树杈形）等线形，由此用以上各种线形组合，可以规划出多种方案，再进一步作定性、定量分析比较，经过不同角度的分析和筛选，提出可选用的比较方案。

      ② 线路的间距和密度；这是服务水平的标准。轨道交通线网与道路网、公交网必须有层次性的差别；网的线密度与人口密度应有相对的适应性。   

      由于城市轨道交通是中长运距的快速交通，必须考虑线路的间距大一些，密度低一些。因此在市区的平均服务半径以750～800m为宜，线路的平行间距宜为1500～1600m；市区边缘地区可以适当放大，市区核心适当加密，随人口分布密度相适应。

市区线路以客流通道的概念，呈辐射状敷设外延。线间距应随通道需求而定，以满足最大的有效覆盖率。

      ③ 控制性的客流通道；这是对每一个区域、组团之间的客流需求通道，在地理上往往是处于控制性的地位。主要有以下几种：

·城市内客流主干通道：一般处于城市发展的主轴线上；或是贯通城市东西、南北的主通道上，这在线网上属于控制性的主流方向的客流通道。

·对外部组团、城际方向的通道：这是城市中心向外部组团、城际方向辐射的交通要道，是对外客流的迎送线，是对外交通的接驳线。也许与城市内客流主干通道一致。

·越江过河的规划通道：由于江河的隔离，造成了两个地区之间通道式的交通，即需要建桥、建隧道，其中有轨道交通的通道，需要几条，这么过？需要进行控制规划。

      ④ 线路的敷设方式；这是线网的三维空间规划概念。

      线路敷设方式主要取决于在城市中的位置和条件，采用地下线还是高架线，或是地面线。对确定轨道交通建设地界，确定城市建设用地控制规划，确定城市地下管线规划、确定地下空间开发利用，都是密切相关的重要内容。

      值得提醒注意，线路敷设方式规划时，除了注意线网的三维空间规划概念外，还要注意换乘站点和车场接轨点的布设衔接要求。对于线路的起终点的线路要处理好延伸方向的必要性、灵活性和可能性。

(1) 面：就是线网的覆盖面和规划范围。

      经过结构形态和规模总量的总体分析，从点与线的详细布设，结合城市结构形态，可以看到多种的线网结构方案，既控制了线网覆盖面的范围，又提出了各种结构的线网方案。从而看到的网型布局、覆盖面和结构形态是否与城市交通总体发展规模相符，尤其是对于城市网与城际网之间的衔接关系认定具有重要作用。

(1) 层：就是线网地域级分层、运量级分层、建设期分层的规划。

      ①地域级分层：就是城际线－城市线－公交线的分层关系，确定各层次线网与城市交通衔接和分流的互补性；重点解决城际线与城市线的轨道交通线网的衔接关系。

      ②运量级分层：根据线路高峰时段的断面客流量，分出大、中运量级的分层、确定选用于各层次的统一类型车辆，进行合理分层规划。

      ③建设期分层：确定近期和远期的建设实施层次，确定近期的实施规模、修建顺序和运营规划。

(1) 场：就是车辆基地（车场）。车辆基地规划是运量级分层的目的。基本内容有：

      ①各线车辆基地（车场）位置选址、总体分布。并确定各条线路起终点。

      ②对各车辆基地的任务分工，实现资源共享规划。

      ③对各车辆基地的规模确定，进行用地控制规划。 

      ④出入线、联络线的功能和分布规划。

      ⑤与其他交通衔接、换乘有关的停车场用地规划。

六、关于线网规划的若干问题评价

      线网规划完成后，如何进行评价，是一个重要课题。我们可以从七个要素进行评价外，还可以进一步深入以下方面评价。

1.线网线形和密度的评价――

(1) 线网的线形和长度合理性

      线形的评价重点是平行线和环线布设的合理性。

在线网中可有诸多平行线路，一种是在中心区内――一般是由于受城市棋盘形格局影响，造成诸多平行线路，否则应该尽量避免或减少，即使发生也要有充分理由；另一种是向外同一个方向辐射的线路，应从运量需求分析，需要几条通道的线路，运量多少，评价其合理性和经济性。

      线网中的环线应用，一般环线的功能有两个，一是城市中心边缘大型客流点的串连作用，二是对市区外部区域之间客流的截流，减少对市内客流的压力。因此对环线的应用，应从以下三方面评价：

      ①视地形特征，凡是带状地形的城市，l形地形的城市应慎之又慎；

      ②看客流点的特征，环线上的各车站是否是大型客流集散点；

      ③环线上客流断面的均衡性，运营组织的经济性。

      在长度上，在市区内，一般为不大于1h的运程，这与旅行速度有关，一般不超过40km，这在前面已经论述。如果是中心区与组团之间的联系，线路较长，则可按两地中心距离计，或按不同运距的乘客比例分析，以80％乘客中的最大运距计，如运距过长，可能要考虑车辆提速。

(2) 不同地区的线网密度与人口密度的适应性

      在市中心的不同地区，应对于不同的人口密度进行分析，评价线网密度。然后对各条线路的客流预测，进行定性与定量相结合的分析，对客流的均衡性论证线网的密度和评价。

2.线网的换乘点评价――

 (1) 换乘节点合理数量分析：

      对线网结构的要求，在理论上应该每一条线均应与其他线都有相交换乘点，使乘客在每一条线路上仅需一次换乘到达目的地。因此在理想情况下，对于无环形线的放射形线网，应做到线线相交，其换乘节点合理数量计算应为：

      d＝n·(n－1) / 2

      式中：d－换乘节点数

      n－线网中线路条数

      在上述放射形线网基础上，增加一个环线的线网中，如果每一条线与环线有两次交叉，

      其换乘节点合理数量计算应为：

      d＝n0·(n0－1) / 2＋2n0

      式中：n0－线网中不含环线的线路条数。

      注：以上的换乘点概念均为两线交叉为一点，若出现三线（或多点）交叉一点，应修改公式。

      由此可见，线网的布局应尽量避免敷设平行线路；每两条线路应尽量避免两次相交；这样的线网，换乘节点最经济，一次换乘的可达性效果最好。如果有环线，从理论上讲应尽可能将所有换乘站设在环线以内。

(2) 节点线路布局分析

     

        从表中的节点线路布局分类可见，对于换乘点的线路交叉形式的评价，应注意如下要点：

      ①两线交叉的有一个节点两种形式：上下层站台换乘和平行交织同站台换乘是最基本的换乘形式。三线和四线的交叉换乘，都是由两线交叉的节点形式派生出来的。

      ②对于两线间换乘量较大时，应根据线路和地形条件，尽可能采用平行交织同站台换乘形式。

      ③多线交叉的节点，换乘客流集中，多方向流动，难以组织和疏导，预留工程较难，故尽可能采用分散性、形成多节点两两交叉的布局。

      ④多线交叉的一个节点换乘，应尽可能采用两层换乘形式，换乘线路不宜超过三条，避免四条以上更多的线路交叉。

3.线网结构的层次性评价――

(1) 客流的层次性和均衡性

      客流的层次性和均衡性 就是一方面对线网以客运量级进行基本分层，使运量级相当的线路归为同一层次；而另一方面对每条线的全线客流的均衡性进行评价。高峰小时的最大断面流量是控制线路的最大运能，最小断面流量是判断线路建设的合理终点。如果尾端线路的断面流量仅为最大断面流量的1/3～1/4以下的地段，其运营效益不佳，应根据尾端线路长度情况，需另行考虑可能作为另一个层次的运量级的运营线路。

(2) 资源共享性

      线网的资源共享有车辆、车辆基地，供电系统，通信，控制系统等。在线网分层规划中最重要的内容是车辆分类的统一规划、车辆厂、架修和维修的设备资源共享规划；上述两项的落实处是车辆基地的统一规划和用地落实。由于车辆基地用地是需要控制的最大地块，难度较大。为节约城市土地资源，合理规划，以最少的车辆基地用地，满足全网的车辆维修，设备维修功能需要，实现资源共享是十分必要的。在有条件时，可考虑两条线的车辆停放、日检功能合建在一个车场内。对于供电、通信、控制系统等资源共享是下一步的系统专业资源共享规划工作，可另列专题研究。

4.线网规划的可实施性评价――

      线网可实施性规划包括工程建设用地条件的许可性，尤其是车站（换乘站）可实施性；分期建设、分段运营的连续性。

在线网规划中，对可实施性规划应分为两个阶段。在本阶段应做到宏观性的用地控制和分期建设规划，在下阶段应结合线路详细规划，进行实地的控制规划。

(1) 本阶段――宏观性的用地控制和分期建设规划

      ①对工程建设用地条件的许可性分析，根据线路敷设方式（地下、高架、地面）和现

状地形条件、规划用地性质，确定建设施工方法和用地范围。经规划部门确认，划定快速轨道交通走廊的保护地界，并得到用地规划控制。评价的内容：

·在规划线路地段的地界，作为工程实施的影响范围，宜结合城市道路红线规划，按道路中线两侧各50m为界。

·在已建线路地段的地界，作为运行线的安全保护范围，宜以桥隧结构外侧边线各30m为界。

·当线路偏离道路以外地段，该地界应经专项研究确定。

·在地界内需新建各种城市建筑物时，应经工程实施方案研究论证，采取必要的预留和保护措施。

      ②分段运营的连续性是实现分期修建、连续运营的目的。有可能初期是两条线的组合贯通运营，应注意是否具备有联络线，将来是否有废弃工程。

(2) 下阶段――线路详细规划

      根据城市轨道交通的实施进度要求，为适应城市建筑的用地详细规划，尤其是城市建设发展较快，实地控制发生困难的时候，开展线路详细规划，对线路、站位、车站形式、工程工法的可实施性研究，配合城市实地控制是十分必要的，也是十分紧迫的。规划重点是线位、站位和换乘站，最终落实到出入口和风亭的位置落实。从而达到车站、换乘站、出入口和风亭的用地控制规划。

5.线网稳定性与灵活性评价

(1) 线网稳定性，是对于城市中心的建成区，线网布局应符合城市结构形态，线路走向与客流动向基本吻合，并在工程上具有可实施性，换乘节点布局合理，说明中心区的线网稳定性。同时对于线网规划保持严肃性。

对于城际轨道交通引入城市的线路，要解决城市网与城际网的衔接位置和方式，是伸入还是换乘，应予稳定。

(2) 线网灵活性，是指市中心的地区，是线路向外延伸方向，是城市未来的发展方向，大部分地区属于规划待开发区，用地性质尚未稳定。因此线路走向应给予肯定而留有灵活余地，可在将来随城市总体规划的变化而调整，这种灵活性就是为了对城市发展的适应性。

线上期中总结篇（3）

近年来，随国民经济的快速增长，在经济发达地区，城市快速轨道交通建设有新的发展趋势，一方面加快“网络化”的发展，另方面已从“城市化”发展到“城际化”。这是随城市经济发展的必然趋势，我们必须面对现实，密切跟踪。由于轨道交通工程是一项投资巨大、系统复杂、建设周期长、涉及面广的长远性系统工程，因此对于轨道交通建设必须进行城市轨道交通线网总体规划的研究，并对总体规划的思维和理念必须要有新的发展和支持。必须把城市轨道交通和城际轨道交通有机的联系起来，做好城市、城际的轨道交通总体规划。同时应注意到线网规划既要有不断创新的理念，但更要有务实的工作，做到可实施性、可操作性，做到“画在图上，落到地上”。这是当前的重要的研究课题，是一项务实性的研究。

一、城市轨道交通线网总体规划的目标和必要性

(1) 线网规划是轨道交通工程项目建设报审、立项的必要条件，是开展每一条线路设计的主要依据。

(2) 线网规划是确定轨道交通的建设规模和修建顺序，加强分期建设顺序的科学性，有利克服盲目性。

(3) 线网规划是决定换乘车站和换乘形式的基本根据，为预留工程建设的设计研究提供条件。wwW.133229.cOm

(4) 线网规划是为轨道交通工程建设用地规划控制的重要依据；是控制和降低工程造价的重要基础。

(5) 线网规划是城市建设的骨架，顺应城市的总体规划，支持、拉动城市建设发展，提高城市交通现代化品质，使轨道交通建设与运营进入良性循环，保持可持续发展的势态。

二、线网总体规划的性质和定位

1.轨道交通的性质

城市轨道交通已从城市化发展到城际化，因此必须对目前出现的两个地域层次的轨道交通性质要有正确的认识和定义。

城市快速轨道交通是城市公共交通客运系统的骨干，是大众化，大运量、大站距为特征的安全、舒适、快速，准时的绿色交通工具，是采用独立的专用轨道、高密度运行的，为中长运距服务的、现代化的城市客运快速骨干系统。通常是指服务于城市内部为主和适当外延至相邻组团的线路，主要是强化、拉近城市内中心城与各组团之间的时空距离。因此城市快速轨道交通的线网规划的评价指标是以线网的覆盖密度和服务水平为主。从总体上讲，应定位为城市级线路。

城际快速轨道交通是大都市圈（或城市群）之中、各城市间的快速轨道交通客运系统；对于每个城市（区）间直达性要求较高，主要是与中心城的紧密联系，由于线路长度多数在100km以上，长度取决都市圈（或城市群）的范围，其运营模式介于高速铁路与城市轨道交通之间，以长运距、快速为目标，与相邻的高速公路具有较强的竞争性；因此城际快速轨道交通的线网规划是以主要站点和长大运距的运营为特征，追求速度和时间目标为主。从总体上讲，应定位为城际级线路。

由于城市化的发展，使各个城市间的经济、文化交流日趋频繁，城市边界不能阻挡轨道交通线路互相延伸的可能，使有些线路具有双重特性，但必须注意全线运量的均衡性，行车组织的经济性，在规划设计时，应该引起注意，认真研究。

上述两种层次的轨道交通，由于城市的规模不同，客运性质不同，服务地域不同，速度目标不同，敷线设站原则不同，应该各城市自成线网体系，使城市网和城际网之间、既要互相渗透，又要避免重覆建设。因此要处理好两种系统轨道网关系，就是要重点解决“网与网的衔接点；线与线的换乘点；每条线的起终点”。

2.城市轨道交通线网总体规划的科学定位

由于城市轨道交通工程是城市大型基础设施，具有城市建筑和城市交通的双重性，因此轨道交通规划的定位应是与城市总体规划、交通规划的关系，（如果是城际轨道交通线，还与国家或地方铁路有关系）主要归纳如下四点：

(1) 线网规划是城市建设规划，城市交通规划，轨道交通规划三者之间的边缘科学。

(2) 线网规划是大城市建设总体规划的重要组成部分。

(3) 线网规划是城市交通综合规划中公交体系中骨干系统；

(4) 线网规划是轨道交通系统总体性的专业规划。

以上4点是对轨道交通线网总体规划的定位，阐明了轨道交通线网规划与城市建设总体规划、城市交通综合规划、轨道交通系统总体专业之间的关系，是有层次性、有独立性，又有紧密联系的大型综合规划。因此线网总体规划是三方联合的、以轨道交通专业为主的专项规划。

3.线网总体规划原则

根据线网规划的性质和定位，提出如下四条原则：

(1) 依据城市总体规划――根据线网规划的性质和定位，明确线网规划的依据。因此线网规划的结构形态，必须与城市总体规划布局的结构形态相吻合。但城市总体规划是每5～10年修编，说明不同阶段（时期）有不同的的总体规划，那么轨道交通规划应随之调整，就有不同的轨道交通规模，所以线网规划总是随城市规划的发展而发展。

(2) 支持城市总体规划―― 支持城市总体规划的人口转移和土地开发要求，推动总体规划实现。这是需求与建设的和谐，为此科学地确定轨道交通线路的建设顺序是与支持城市建设实施是一致的。

(3) 超前城市总体规划――由于线网规划是适应城市远景的长远性规划，经验证明：在城市轨道交通建设中，必然有引导城市发展作用，并证明轨道交通线网构架已成为城市建设的骨架，具有对城市发展的超前性的引导作用。

(4) 回归城市总体规划――轨道交通的建设，必定对城市建设有较大冲击和导向；轨道交通的布局和建设顺序规划，也会调整城市总体规划，使轨道交通线网规划融入于城市规划，最终又回归于城市总体规划。

线网规划来自总体规划，又融入于总体规划，这正好是一个回归大轮回。

三、轨道交通线网规划的特征

轨道交通线网规划包括城市和城际的轨道交通规划，在规划工作中应注意如下特征：

1．地区性：即建设与规划范围。

城市轨道交通规划范围，主要在城市区域，包括市区和组团，或向外适度延伸，线路长度一般控制在40km内；车辆最高速度为80km/h，旅行速度目标为35～40km/h；部分线路超过40km以上时，如果站间距较大，也可能实现旅行速度目标35～40km/h；否则需考虑车辆提速，经过论证，可将最高速度提高为 100或120 km/h；

城际轨道交通规划范围，主要是在大都市圈（或城市群）之中，以中心城市为核心，向各城市呈辐射线路，线路长度一般在100km以上，车辆最高速度为160 km/h或200 km/h；

城际轨道交通的线路如何进入中心城市，关键是与城市轨道交通线网规划如何衔接，这是要重点研究的问题。

2．时间性：即规划年限。

轨道交通建设总是要分期、分线、逐步实施。尤其是近期的合理规模是最现实的目标，所以轨道交通线网规划应分为近期――与城市建设远期总体规划年限的目标一致；远景期――与城市总体远景期规划目标一致，其规划年限是远景年概念；

由于近期规划的建设规模目标，是追求尽快建立规模效应，重点是解决客流需求和支持城市发展规划为主。因此应至少有3条线路的基本规模，形成基本网架，以最少的线路达到最大的有效覆盖率，实现运营效益最大化。

远景期的规划是具有长远性，超前性的规划，是对城市远景总体规划相适应的引导性规划，无具体年限。所以远景规划建设的顺序性是次要的，对于建设用地控制规划是十分重要，同时为近期建设的线路中，做好换乘关系的预留。

所以轨道交通线网规划应按近期和远景期两期规划，而工作重点在近期。

3．层次性：即分层规划。

在轨道交通系统中除了分为“城市”和“城际”两个层次外，对于城市轨道交通系统还需认识到每条线路的走向和地位是不同的，因此具有不同的运量级，分成大运量级和中运量级的线路；可能采用不同的车辆，也可采用同一种车辆，不同编组长度。假如采用a、b型两种车辆，就应以两种车辆为基础，分为两个线网层次，对每一个层次的线路长度，应用车辆类型和数量，进行规模上测算和相对平衡，对每一个层次的车辆维修基地应进行相对集中，车辆可灵活调度，维修设备资源共享，实现投资最小化，效益最大化。

4．实践性：即可实施性。

轨道交通线网在建设时间上是一个长远规划，无论是近期或远期，规划的目的是用地规划控制，是为了保证轨道交通工程建设用地，保证今后工程建设的可实施性。同时为减少拆迁，降低工程造价具有重要意义。尤其是车辆基地占地面积较大，在城市的用地规划中急需提前控制，否则对于轨道交通建设影响极大，后果不堪设想。

5、稳定性与灵活性：即动态规划。

轨道交通线网规划总是根据城市形态现状和发展规划而布设，在城市中心区，城市布局基本稳定，线网的结构框架应予稳定；在城市中心区，城市土地尚属于发展与开发状态，可能还未稳定，一般来说，线网的结构多数由市中心向外呈放射线型，应考虑多一些灵活性，以适应城市未来规划的调整。所以线网规划要有动态规划的概念，既要有稳定性，也要留有灵活性。

四、城市轨道交通线网总体规划的内容

城市轨道交通线网总体规划的最终目的是确定线路和换乘点，控制用地规划。因此线网规划必须包括两大部分：线路网架规划和可实施性规划。简单的说，就是要“画在图上，落到地上”，尤其是“落到地上”是可实施性、可操作性的最终目的。“落到地上”的重点是解决“三点两地”的控制。“三点”是：每条线的起终点，网内的换乘点，网外（指城外的城际网，城内的公交网）的衔接点。“两地”是：车辆段用地，公用停车场用地。并对轨道交通走廊用地全面控制。确保轨道交通实施，是实现降低工程造价的重要措施。

1.线路网架规划的主要内容

(1) 确定线路数量，走向和覆盖范围；

(2) 确定线网结构和换乘节点；

(3) 确定车辆基地分布和位置；

2.可实施规划的主要内容

(1) 确定每条线路的敷设方式和用地地界控制规划；

(2) 确定每条线路的运量等级，进行不同运量等级的分层运营规划；

(3) 确定车辆基地的任务和规模，实现车辆及车辆修理的资源共享，达到车辆基地用地控制规划；

(4) 确定近期建设规模，及其每条线路的建设顺序规划和运营规划；

(5) 确定联络线功能和位置的用地规划，

(6) 确定每条线的起终点，预留其他交通方式的衔接和换乘用地、尤其是外来车辆的停车场站用地规划。

3.线网规划的重点提示

(1) 线网规划的方法，以定性与定量分析相结合，以定性为主；

(2) 线网规划的规模，以宏观与微观相结合，以宏观为主；

(3) 线网规划的实施，近期与远期相结合，以近期为主；

五、线网总体规划的总体思路与基本要素

1.线网总体规划的总体思路

可概括为：宏观控制，微观分析，分层规划，可持续发展。

(1) 宏观控制――进行线网结构总体构形态分析和总量规模控制，即“形与量”的总体控制。

(2) 微观分析――进行“点、线、面”的定性与定量分析，落实到：每条线路的走向和起终点；线网的形态和换乘节点；城市网和城际网的衔接关系。

(3) 分层规划――包括城市线和城际线的分层，不同运量的分级分层。在城市线网规划中的分层规划目的是选定车辆基地和任务分工，追求最小的规模，最大的效益、实现资源共享。所以分层规划即“层与场”的分析和规划。

(4) 可持续发展―― 保证工程建设的可实施性，进行线网的稳定性（核心区、核心层）与灵活性（外延性）的评价，为轨道交通建设保持可持续的发展。

2.线网总体规划的基本要素

从线网规划的总体思路和实际工作中的实践经验总结，做好线网规划，必须把握七项基本要素，即：形、量、点、线、面、层、场。

(1) 形：就是线网结构形态必须与城市结构形态相吻合。这里有两层意义：

一是研究城市的基本形态，包括地形特征，组团结构，人口，就业岗位的分布的基本形态，通过以上分析，可以看出城市客流的基本动脉和主要流向。

二是研究线网布局的几何形态--线形布局可有各种形态，随线路数量增加而复杂化，但最基本的线形，可归纳为棋盘形、放射形、环形和树杈形等四种基本线形的组合。事实上棋盘形和放射形是最基本的网形，环形和树杈形上述网形的扩展和充实。

所以线网结构形态必须与城市客流的基本动脉相符，从宏观上构筑线网的结构形态。

(1) 量：就是线网规模的总量控制。这里包括客运总量分担量；线路密度和强度；最终确定线路规划长度总量；

①客运总量的分担量是根据城市交通综合规划，确定的城市公交客运总量，对轨道交通合理分配的分担量。

②线路密度和强度是结合不同地区的人口和就业岗位的分布，确定轨道交通的线路的分布密度和负荷强度。

根据上述概念，可以从宏观上测定线网规划中线路的分布密度和需求长度，就是比较经济的规模，同时为线网多方案比较提供同一个平台基础。

对于城际轨道交通线路的线网，并非是追求密度，而是采用“通道”理念，根据运量和距离确定线路数量和长度。

(1) 点：就是轨道交通客流源，是大型客流集散点，是线网规划的控制点，也是车站布设的固定点。由于各个点在线网中的位置不同，性质和任务不同，这种控制点要分类分析。客流集散点地位和量级须分层分析，确定线网规划中不同等级的控制点。根据客流性质和线路技术要求，可分为以下五种类型：

① 城市大型交通枢纽，如：火车站，机场、长途客运站、公交场站、地区交通中心等，属于全日性交通客流集结点。

② 大型公共活动中心，如：文化娱乐、商贸中心，广场等，属于全日性休闲客流集结点。

③ 生活与工作聚集区，如：居住小区，企业机关群区等，属于上下班的劳动客流集结点。

以上客流均为集结性客流，并具有多向性发散的特点，一般应作为线网交织处的换乘点。

④ 车辆基地位置及其接轨点。这虽然不是客流控制点，却是技术作业站点，由于车辆

基地及其接轨点位置，对于车站站点和线路的走向控制有较大影响。

⑤ 线路起终点，应与其他交通停车场位置相配合，具有良好的衔接换乘关系。

由此可见，“点”是客流源，是轨道交通的出发点和贯通点。所以选好点，布好点，就是为线网编织拟定了基本节点和覆盖范围。由此可见，“点”就是纲，纲举才能目张。这就是轨道线网规划的基本出发点。

(1) 线：就是城市客流走廊，对外辐射方向，确定客流主流方向。这里“线”的概念包含多种意义：

① 线路的线形和走向；这是构筑线网构架的起步，每条线形既要符合客流主要方向又

要吻合城市地形条件，同时要顾及每条线运量的均衡性，所以是一个穿“点”连“线”的功夫。基本线形采用有：i（贯通直线形）、l（折线形）、u（漏斗形）、o（环形）、y（树杈形）等线形，由此用以上各种线形组合，可以规划出多种方案，再进一步作定性、定量分析比较，经过不同角度的分析和筛选，提出可选用的比较方案。

② 线路的间距和密度；这是服务水平的标准。轨道交通线网与道路网、公交网必须有层次性的差别；网的线密度与人口密度应有相对的适应性。

由于城市轨道交通是中长运距的快速交通，必须考虑线路的间距大一些，密度低一些。因此在市区的平均服务半径以750～800m为宜，线路的平行间距宜为1500～1600m；市区边缘地区可以适当放大，市区核心适当加密，随人口分布密度相适应。

市区线路以客流通道的概念，呈辐射状敷设外延。线间距应随通道需求而定，以满足最大的有效覆盖率。

③ 控制性的客流通道；这是对每一个区域、组团之间的客流需求通道，在地理上往往是处于控制性的地位。主要有以下几种：

·城市内客流主干通道：一般处于城市发展的主轴线上；或是贯通城市东西、南北的主通道上，这在线网上属于控制性的主流方向的客流通道。

·对外部组团、城际方向的通道：这是城市中心向外部组团、城际方向辐射的交通要道，是对外客流的迎送线，是对外交通的接驳线。也许与城市内客流主干通道一致。

·越江过河的规划通道：由于江河的隔离，造成了两个地区之间通道式的交通，即需要建桥、建隧道，其中有轨道交通的通道，需要几条，这么过？需要进行控制规划。

④ 线路的敷设方式；这是线网的三维空间规划概念。

线路敷设方式主要取决于在城市中的位置和条件，采用地下线还是高架线，或是地面线。对确定轨道交通建设地界，确定城市建设用地控制规划，确定城市地下管线规划、确定地下空间开发利用，都是密切相关的重要内容。

值得提醒注意，线路敷设方式规划时，除了注意线网的三维空间规划概念外，还要注意换乘站点和车场接轨点的布设衔接要求。对于线路的起终点的线路要处理好延伸方向的必要性、灵活性和可能性。

(1) 面：就是线网的覆盖面和规划范围。

经过结构形态和规模总量的总体分析，从点与线的详细布设，结合城市结构形态，可以看到多种的线网结构方案，既控制了线网覆盖面的范围，又提出了各种结构的线网方案。从而看到的网型布局、覆盖面和结构形态是否与城市交通总体发展规模相符，尤其是对于城市网与城际网之间的衔接关系认定具有重要作用。

(1) 层：就是线网地域级分层、运量级分层、建设期分层的规划。

①地域级分层：就是城际线－城市线－公交线的分层关系，确定各层次线网与城市交通衔接和分流的互补性；重点解决城际线与城市线的轨道交通线网的衔接关系。

②运量级分层：根据线路高峰时段的断面客流量，分出大、中运量级的分层、确定选用于各层次的统一类型车辆，进行合理分层规划。

③建设期分层：确定近期和远期的建设实施层次，确定近期的实施规模、修建顺序和运营规划。

(1) 场：就是车辆基地（车场）。车辆基地规划是运量级分层的目的。基本内容有：

①各线车辆基地（车场）位置选址、总体分布。并确定各条线路起终点。

②对各车辆基地的任务分工，实现资源共享规划。

③对各车辆基地的规模确定，进行用地控制规划。

④出入线、联络线的功能和分布规划。

⑤与其他交通衔接、换乘有关的停车场用地规划。

六、关于线网规划的若干问题评价

线网规划完成后，如何进行评价，是一个重要课题。我们可以从七个要素进行评价外，还可以进一步深入以下方面评价。

1.线网线形和密度的评价――

(1) 线网的线形和长度合理性

线形的评价重点是平行线和环线布设的合理性。

在线网中可有诸多平行线路，一种是在中心区内――一般是由于受城市棋盘形格局影响，造成诸多平行线路，否则应该尽量避免或减少，即使发生也要有充分理由；另一种是向外同一个方向辐射的线路，应从运量需求分析，需要几条通道的线路，运量多少，评价其合理性和经济性。

线网中的环线应用，一般环线的功能有两个，一是城市中心边缘大型客流点的串连作用，二是对市区外部区域之间客流的截流，减少对市内客流的压力。因此对环线的应用，应从以下三方面评价：

①视地形特征，凡是带状地形的城市，l形地形的城市应慎之又慎；

②看客流点的特征，环线上的各车站是否是大型客流集散点；

③环线上客流断面的均衡性，运营组织的经济性。

在长度上，在市区内，一般为不大于1h的运程，这与旅行速度有关，一般不超过40km，这在前面已经论述。如果是中心区与组团之间的联系，线路较长，则可按两地中心距离计，或按不同运距的乘客比例分析，以80％乘客中的最大运距计，如运距过长，可能要考虑车辆提速。

(2) 不同地区的线网密度与人口密度的适应性

在市中心的不同地区，应对于不同的人口密度进行分析，评价线网密度。然后对各条线路的客流预测，进行定性与定量相结合的分析，对客流的均衡性论证线网的密度和评价。

2.线网的换乘点评价――

(1) 换乘节点合理数量分析：

对线网结构的要求，在理论上应该每一条线均应与其他线都有相交换乘点，使乘客在每一条线路上仅需一次换乘到达目的地。因此在理想情况下，对于无环形线的放射形线网，应做到线线相交，其换乘节点合理数量计算应为：

d＝n·(n－1) / 2

式中：d－换乘节点数

n－线网中线路条数

在上述放射形线网基础上，增加一个环线的线网中，如果每一条线与环线有两次交叉，

其换乘节点合理数量计算应为：

d＝n0·(n0－1) / 2＋2n0

式中：n0－线网中不含环线的线路条数。

注：以上的换乘点概念均为两线交叉为一点，若出现三线（或多点）交叉一点，应修改公式。

由此可见，线网的布局应尽量避免敷设平行线路；每两条线路应尽量避免两次相交；这样的线网，换乘节点最经济，一次换乘的可达性效果最好。如果有环线，从理论上讲应尽可能将所有换乘站设在环线以内。

(2) 节点线路布局分析

从表中的节点线路布局分类可见，对于换乘点的线路交叉形式的评价，应注意如下要点：

①两线交叉的有一个节点两种形式：上下层站台换乘和平行交织同站台换乘是最基本的换乘形式。三线和四线的交叉换乘，都是由两线交叉的节点形式派生出来的。

②对于两线间换乘量较大时，应根据线路和地形条件，尽可能采用平行交织同站台换乘形式。

③多线交叉的节点，换乘客流集中，多方向流动，难以组织和疏导，预留工程较难，故尽可能采用分散性、形成多节点两两交叉的布局。

④多线交叉的一个节点换乘，应尽可能采用两层换乘形式，换乘线路不宜超过三条，避免四条以上更多的线路交叉。

3.线网结构的层次性评价――

(1) 客流的层次性和均衡性

客流的层次性和均衡性 就是一方面对线网以客运量级进行基本分层，使运量级相当的线路归为同一层次；而另一方面对每条线的全线客流的均衡性进行评价。高峰小时的最大断面流量是控制线路的最大运能，最小断面流量是判断线路建设的合理终点。如果尾端线路的断面流量仅为最大断面流量的1/3～1/4以下的地段，其运营效益不佳，应根据尾端线路长度情况，需另行考虑可能作为另一个层次的运量级的运营线路。

(2) 资源共享性

线网的资源共享有车辆、车辆基地，供电系统，通信，控制系统等。在线网分层规划中最重要的内容是车辆分类的统一规划、车辆厂、架修和维修的设备资源共享规划；上述两项的落实处是车辆基地的统一规划和用地落实。由于车辆基地用地是需要控制的最大地块，难度较大。为节约城市土地资源，合理规划，以最少的车辆基地用地，满足全网的车辆维修，设备维修功能需要，实现资源共享是十分必要的。在有条件时，可考虑两条线的车辆停放、日检功能合建在一个车场内。对于供电、通信、控制系统等资源共享是下一步的系统专业资源共享规划工作，可另列专题研究。

4.线网规划的可实施性评价――

线网可实施性规划包括工程建设用地条件的许可性，尤其是车站（换乘站）可实施性；分期建设、分段运营的连续性。

在线网规划中，对可实施性规划应分为两个阶段。在本阶段应做到宏观性的用地控制和分期建设规划，在下阶段应结合线路详细规划，进行实地的控制规划。

(1) 本阶段――宏观性的用地控制和分期建设规划

①对工程建设用地条件的许可性分析，根据线路敷设方式（地下、高架、地面）和现

状地形条件、规划用地性质，确定建设施工方法和用地范围。经规划部门确认，划定快速轨道交通走廊的保护地界，并得到用地规划控制。评价的内容：

·在规划线路地段的地界，作为工程实施的影响范围，宜结合城市道路红线规划，按道路中线两侧各50m为界。

·在已建线路地段的地界，作为运行线的安全保护范围，宜以桥隧结构外侧边线各30m为界。

·当线路偏离道路以外地段，该地界应经专项研究确定。

·在地界内需新建各种城市建筑物时，应经工程实施方案研究论证，采取必要的预留和保护措施。

②分段运营的连续性是实现分期修建、连续运营的目的。有可能初期是两条线的组合贯通运营，应注意是否具备有联络线，将来是否有废弃工程。

(2) 下阶段――线路详细规划

根据城市轨道交通的实施进度要求，为适应城市建筑的用地详细规划，尤其是城市建设发展较快，实地控制发生困难的时候，开展线路详细规划，对线路、站位、车站形式、工程工法的可实施性研究，配合城市实地控制是十分必要的，也是十分紧迫的。规划重点是线位、站位和换乘站，最终落实到出入口和风亭的位置落实。从而达到车站、换乘站、出入口和风亭的用地控制规划。

5.线网稳定性与灵活性评价

(1) 线网稳定性，是对于城市中心的建成区，线网布局应符合城市结构形态，线路走向与客流动向基本吻合，并在工程上具有可实施性，换乘节点布局合理，说明中心区的线网稳定性。同时对于线网规划保持严肃性。

对于城际轨道交通引入城市的线路，要解决城市网与城际网的衔接位置和方式，是伸入还是换乘，应予稳定。

(2) 线网灵活性，是指市中心的地区，是线路向外延伸方向，是城市未来的发展方向，大部分地区属于规划待开发区，用地性质尚未稳定。因此线路走向应给予肯定而留有灵活余地，可在将来随城市总体规划的变化而调整，这种灵活性就是为了对城市发展的适应性。

线上期中总结篇（4）

中图分类号： TN967?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）11?0020?04

Method of 1553B bus scheduling based on flight control semi?physical simulation platform

WU Jia?ju， YAN Jian?guo， TI Hao?jian

（Automation College， Northwestern Polytechnical University， Xi’an 710129， China）

Abstract： 1553B bus is widely used in domestic and international avionics systems. On the basis of a brief introduction on 1553B bus communication， the implementation of bus data scheduling， monitoring， storage and terminal emulation functions are described detailed based on flight control semi?physical simulation platform with 1553B bus. VxWorks real?time operating system is adopted by target machine. The design method of software typical module is given， which improves the efficiency of bus data transmission and reduces the bus loading rate significantly. Simulation results show that the intended functions can be implemented in flight control semi?physical simulation platform with 1553B bus scheduling software effectively， and its working performance is stable. It provides a reference for studying of 1553B bus applications and transplanting in other semi?physical simulation platform.

Keywords： 1553B； flight control semi?physical simulation platform； software design method； transplanting

0 引 言

飞控半物理仿真平台将真实飞机子系统的一部分以实物方式引入仿真回路，其余部分以数学模型描述，进行实物和数字联合仿真，为飞行控制与管理系统的设计提供了地面测试环境，缩短项目的研发周期，减少项目的研发经费。

在飞控半物理仿真平台中，1553B作为一种串行数据总线标准负责飞控计算机与其余终端设备进行数据通信。相比ARINC?429，ARINC?629，SCI，AFDX，HSDB等机载数据总线，1553B总线具有如下突出优点：线性局域网络结构、冗余容错能力、支持“哑”节点和“智能”节点、高水平的电器保障性能、良好的器件可用性、实时可确定性[1]。

1 1553B通信系统组成

从通信系统的角度，1553B总线可分为三种模式，通信系统组成如图1所示。

BC：总线控制器（Bus Controller）。对总线进行控制和管理，是所有消息的调用控制者，负责发送命令、参与数据的传输、接收状态响应和监测总线系统。

BBC：备用总线控制器（Backup Bus Controller）。当总线控制器故障时，备用总线控制器开始工作，与总线控制器实现的功能一样。

RT：远程终端（Remote Terminal）。总线上挂载的负载，通过总线进行各个远程终端之间的信息交流，对从总线上控制接收到的有效命令做出响应，并在一定时间内回送状态字，完成相应动作。

BM：总线监视器（Bus Monitor）。监听和记录总线上传输的命令和数据的终端，受BC控制，通过设定相应参数，可以记录特定类型的信息，不参与任何总线传输，只起到记录总线数据的作用。

1553B信息流由一串1553B消息构成，1553B规范中规定一个完整的消息包括命令字、数据字、状态字三种类型，所有1553B字都是20 b长，其中有效位为16位，每个字都为：

3位同步位+16位数据/命令/状态位+1位奇偶校验

同步和奇偶校验位被1553B硬件用于确定信息格式和数据错误。在同步位中（第1到第3位）1个半比特位为高电平，1个半比特位为低电平；命令字和状态字的同步位相同，先高电平再低电平；而数据字则相反，先是低电平再高电平[2]。三种字结构如图2所示。　2 系统拓扑结构

1553B总线设计为多总线拓扑结构，其硬件组成包括：总线耦合器、总线接线器、总线线缆和综合设计在相应设备中的接口板卡，两条1553B总线电缆实现各终端设备A、B通道的物理连接，各终端均采用变压器耦合方式挂接在1553B总线上[3]。

飞控半物理仿真平台采用分布式仿真系统布局设计，同时具备独立仿真和联合仿真的能力。各分布式仿真系统由综合管理计算机、飞控计算机和其他终端设备组成，拓扑结构如图3所示。

仿真环境下，综合管理计算机作为BC，其他终端作为总线上的RT，BC通过总线调度程序对各终端进行调度。飞参记录器作为总线上的BM，负责监控飞控半物理仿真平台中1553B总线上的数据通信，并进行通信数据存储，通过对存储文件进行解码可以还原整个通信过程。

3 总线控制器软件设计

鉴于飞控半物理仿真平台对实时性和可靠性的严格要求，本飞控半物理仿真平台的下位机使用VxWorks嵌入式实时操作系统[4]。

现今，国内外有关1553B的文章仅仅介绍总线控制器和远程终端的单独软件流程，而半物理仿真试验的功能往往需要基于两种单独软件流程拓深来实现，本文给出半物理仿真试验中软件典型模块的设计流程。

实际半物理仿真试验既有周期性消息的同步通信要求，又有非周期性消息的异步通信要求，同步通信与异步通信的组合调度方法对1553B总线的性能、负载率、稳定性产生重要影响，因此，合理的组合调度方法十分重要。

3.1 同步通信与异步通信的组合

在仿真过程中，异步通信是在有请求的时候插入到同步通信中，具有较高的实时性和重要性。因此，在周期性消息同步通信的同时，完成非周期性消息的异步通信有实际意义。

由于非周期指令发送的时刻由终端决定，总线控制器给外设终端周期性发 送方式代码，相应的外设终端接收方式代码后，会返回一个矢量字。外设终端接收方式代码时有三种不同的类型：

（1） 外设提前将相应的矢量字写入缓存区

如果外设终端提前将矢量字写入缓存区，当BC发送方式代码到该终端时，该终端将会返回相应的矢量字，BC根据返回的矢量字执行相应的操作。

（2） 外设没有将相应的矢量字写入缓存区

如果外设终端没有向缓存区写入矢量字，当BC发送方式代码到该终端时，该终端将会返回一个默认的矢量字，BC接收到默认的矢量字将不做任何处理，转向下一数据帧的帧头。

（3） 外设向缓存区写入矢量字后未及时清除

如果外设向缓存区写入相应的矢量字，则BC根据返回的矢量字执行相应的操作。如果下一数据帧外设没有及时清除缓存区中的矢量字，则BC会继续收到此矢量字，从而不断执行此非周期性命令。

综合以上三种情况，如果要执行同步、异步混合通信，外设应提前将矢量字写入缓存区，BC周期性地向外设发送方式代码，对外设回送的矢量字进行判断，如果与预定的矢量字一致，则执行一次非周期性指令，然后转向下一帧调度数据，否则直接转向下一帧调度数据。此后外设将缓存区中的矢量字清除，下一数据帧BC接收不到相应的矢量字，BC执行一次非周期性调度指令。

周期、非周期组合调度程序流程如图4所示。

3.2 多个非周期性指令的调度方法

当同一个外设终端执行多条非周期性命令时，BC发送方式代码到对应的远程终端，远程终端回送不同的矢量字，BC根据矢量字执行相应的控制命令，可以采用以下两种方法执行多个非周期性指令的调度方法。

（1） 每一数据帧发送多个方式代码

如果某远程终端对应[n]条非周期性指令，每一数据帧BC发送[n]个方式代码，远程终端将回送[n]个矢量字，将这[n]个矢量字分别与该远程预定的矢量字进行对比。若与某个预定的矢量字相等时，BC执行相应的控制指令。

（2） 每一数据帧发送一个方式代码

每一个数据帧，BC向该远程终端发送一个方式代码，将回送的矢量字分别与预定的[n]个矢量字比较，当回送的矢量字与其中某一个矢量字相等时，BC执行相应的控制指令。

实际编程时，方法（2）总线负载率小、实时性高，调度子程序流程图如图5所示。

非周期调度时，BC和各远程终端的时间必须同步，即两边基于VxWorks的时间片设置需要相同，才能保证数据通信的同步性，否则会产生丢包、数据通信延迟等现象。

3.3 副帧数据的实现

进行飞控半物理仿真时，同一个地址往往交替发送某几类数据，即包含副帧数据。例如，综合管理计算机向某一终端发送的数据副帧数为2，即综合管理计算机将向该终端周期、循环地发送两类数据。

（1） BC发送副帧数据

BC向某一终端发送的数据在总线调度表中设置，人为改动创建的总线调度表，如果有两个副帧，BC交替执行对应的调度指令；如果有多个副帧，依次执行每个调度指令。此种方法满足飞控半物理仿真平台的数据调度。其他仿真系统中，如果BC向某一终端发送的副帧数非常多，创建中断子程序，BC每执行一个数据帧便进入中断子程序，根据进入中断子程序的次数决定执行对应的副帧数据。

例如，BC向某一终端发送m帧数据，中断子程序执行次数为n，n%m∈[0，m-1]，共m种不同的余数，因此该时刻BC应该执行（（n%m）+1）条副帧数据。

半物理仿真环境下，BC发送副帧数据的难点在于BC更新副帧数据与BC调度两个进程相协调，如果协调不好，会出现调度数据延迟现象，约40～160 ms，具体任务划分可以参考H.Gomma总结的六条原则[5]。

（2） RT发送副帧数据

如果某远程终端向外发送的数据具有副帧，则该远程终端应周期性地将副帧数据写入缓存区。此时，BC周期性地调度该远程终端向其他外设发送不同的副帧数据。此处难点在于总线控制器调度时间与远程终端写入副帧时间的同步，否则会出现大量丢包和数据通信延迟现象。　3.4 BM模块

飞行参数记录仪作为BM监控飞控半物理仿真平台中1553B数据通信，监视总线调度的正确性，并将监视的通信数据存储到建立的文件中，根据相应的解码原则可以还原整个1553B总线通信过程。

（1） 监视模块

在飞控半物理仿真平台中，BC每一条调度指令执行时间约1 ms，为了保障BM能监视到1553B总线上每一条通信信息，设定BM运行周期为1 ms。在VxWorks的主函数下开启一个监视任务，通过1553B总线的API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）函数BusTools_BM_ReadLastMessageBlock（）周期性地监视总线上是否有数据通信。

（2） 存储模块

在VxWorks操作系统下创建文件observe.txt用来存储数据。当1553B监视到总线上有数据通信时，将数据存储到observe.txt文件中。存储模块用到的VxWorks I/O应用接口函数为creat（），open（），write（），read（）等，接口函数库为ioLib。

4 总线负载率

查询相关国军标资料[6]，可知1553B各条指令每次执行花费的时间如表1所示。

1553B传输方式为半双工，同一时刻总线上只能有一个方向的数据传输，可以通过时间来计算总线负载率。设置数据帧间隔为10 μs，通过计算，飞控半物理仿真平台中1553B总线通信的负载率为49.8%，满足技术要求指标。

5 结 语

本文详细介绍了基于飞控半物理仿真平台中1553B总线调度软件典型模块的设计原则。经过实际仿真试验，该调度软  件实现了数据调度、软件监视、数据存储、终端模拟等功能，工作性能稳定，为研究1553B总线在其他半物理仿真平台的应用和移植提供依据。

参考文献

[1] 廖文彬.MIL?STD?1553多功能总线测试卡的实现[D].成都：电子科技大学，2009.

[2] 颜猛，蒋轩祥.1553总线BC/BBC配置下总线管理软件的研究与实现[J].微电子学与计算机，2003，20（1）：20?22.

[3] 支超有.机载数据总线技术及其应用[M].北京：国防工业出版社，2009.

线上期中总结篇（5）

2LVDS高速数据接口实现

2．1LVDS接口硬件电路设计由于趋肤效应和介质损耗，高速信号在传输过程中会衰减。因此，当传输距离较长时，往往要使用电缆驱动器和均衡器来保证高速数据传输的准确性。电缆驱动器将信号以最大功率耦合到电缆上［4］，延长信号的传输距离，电缆均衡器可以对传输的信号进行高频补偿，以至达到标准逻辑电位。本设计中，LVDS串行器/解串器分别选用TI公司的SN65LV1203和SN65LV1224，信号驱动器/电缆均衡器分别选用NS公司的CLC001和CLC014。LVDS接口电路结构如图2所示，采编存储器的FPGA控制LVDS串行器将10bit并行数据转换成差分串行数据，再通过电缆驱动器将信号耦合到电缆上。地面测试台的电缆均衡器对接收到的信号进行高频补偿之后传送给解串器，解串器根据参考时钟将差分串行数据转换成10bit的并行数据，由FP-GA进行后续的处理。

2．2FPGA逻辑控制LVDS数据接收由于CPCI接口传输的时钟和LVDS数据接收电路的时钟不匹配，为了保证数据传输的可靠性，在编写VHDL语言程序时FPGA内部调用一个异步时钟控制的缓存FIFO［8］IP核来对接收到的LVDS高速数据进行缓存，如图2所示。上位机通过配置PCI9054的传输计数寄存器，将一次DMA传输的数据量设置为2kbyte。写FIFO的时钟为18．432MHz，读FIFO的时钟为36．864MHz，当FIFO内数据量达到2kbyte时，FPGA立即通知上位机启动一次DMA传输。经计算，从FIFO内读走2kbyte数据大约耗时54μs，在这个时间段内写入FIFO的数据量大约为1kbyte，所以，当DMA传输结束时，FIFO内数据不足2kbyte，上位机直到FIFO内数据量再次达到2kbyte时才会启动下一次的DMA传输。为了避免PCI9054不能立即执行DMA传输而导致FIFO数据溢出，FIFO容量要大于2kbyte。本设计中选择容量为4kbyte的FIFO，经验证，不会出现FIFO溢出现象。

3CPCI局部总线接口实现

实现CPCI接口协议一般有两种方法。其中一种方法为:利用FPGA实现接口逻辑。这种方法虽然可以充分利用FPGA的资源，减小成本，但PCI逻辑十分复杂，可靠性不能得到保证，且开发周期长。另外一种方法为:采用专用的PCI接口控制芯片。专用接口芯片功能强大，性能稳定，设计方便，很大程度上减少了设计者的工作量，缩短了开发周期。所以，本设计中选择使用PCI9054接口控制芯片与FPGA配合工作的方式来实现CPCI局部总线接口通信。

3．1EEPROM的配置在Windows环境下，为有效管理多块CPCI板卡资源，实现多卡协同工作。通过设置EEPROM配置选项中的ClassCode/REV值，解决使用同一驱动情况下，多块CPCI板卡识别问题。地面测试台含信源卡和接口卡两块CPCI功能板卡，图3为接口卡的EEPROM配置文件截图，各板卡需要设置不同的ClassCode/Rev(图中红色选框部分)，上位机程序通过识别不同的ClassCode/Rev达到控制不同板卡的目的。ClassCode/Rev为一个32bit数据，规定高8bit作为不同板卡区分标志，低24bit保留。其中D31～D28功能标识，区分是否为信源卡、接口卡等功能卡。D27～D24数量标识，区分当前功能卡的数量，具体约束如下表1所示。

3．2CPCI局部总线实现方法

3．2．1PCI9054工作模式选择PCI9054总线控制芯片有3种工作模式，即M模式、C模式、J模式。其中，C模式最为简单，类似于单片机的工作方式，它的地址线和数据线分开使用，可以很方便地控制本地时序。所以本设计中PCI9054工作于C模式，由FPGA逻辑控制本地时序来完成CPCI局部总线与功能板卡之间的通信。

3．2．2CPCI总线访问本地总线PCI9054的访问方式选择DMA方式。PCI9054作为主控设备，通过内部的DMA控制器来实现局部总线上数据与CPCI总线上数据的传输。在DMA访问方式下，一个总线周期的时序如图4所示。当CPCI总线访问本地总线时，PCI9054内部的DMA控制器发出LHOLD信号来申请控制局部总线，当其收到响应信号LHOLDA后，才获得局部总线的控制权。当ADS#信号有效时，局部总线上的地址信号LA为有效地址;当BLAST#信号有效时，代表一次单周期访问开启;READY#为本地总线的状态反馈信号，只有当其有效时，表示本地总线已经准备好，才可以进行访问;当LW/R#为高时，代表单周期访问为写操作，当LW/R#为低时，代表单周期访问为读操作。在本设计中，FPGA通过识别地址信号LA来判断具体的操作类型。当上位机向接口卡下发控制命令时，为CPCI总线到本地总线的数据传输，具体的工作流程为:当上位机下发命令时，启动一次单周期写访问，同时下发特定的写地址LA1，FPGA反馈READY#信号，并判断到LW/R#信号为高，即得知上位机要下发数据，便从该特定地址LA1将命令代码读出，进行解码之后将命令下发给采编存储器。当接口卡向上位机传输LVDS高速数据时，为本地总线到CPCI总线的数据传输，具体的工作流程为:当图1中所示的LVDS数据缓存FIFO内数据量达到2kbyte，启动一次DMA传输，即一次DMA传输将2kbyte的数据上传给上位机进行实时显示与处理。上位机通过下发特定地址信号LA2来向FPGA查询FIFO内数据量是否达到2kbyte，一旦其得到缓存FIFO内数据量满足要求的信息，立即启动一次单周期读访问，并向FPGA下发数据传输地址LA3，FPGA反馈READY#信号，并判断到LW/R#信号为低，便将LVDS数据通过地址LA3上传给上位机。

4设计验证

将信源卡和接口卡分别插到背板上的2号和3号物理槽中，1号物理槽为系统槽，打开计算机系统，安装驱动之后，两块功能板卡均能够被识别。分别对两块板卡进行操作，均能实现各自的功能且互不影响，说明EEPROM的配置正确可行。以接口卡为例，用Chipscope来监测CPCI总线对本地进行读、写操作的实际过程，图5和图6分别为单周期读访问时序截图和单周期写访问截图。如图5所示，当FIFO内数据量达到2kbyte时，信号f_fifo_hf变高，此时启动一次单周期读访问，LW/R#为低，通过地址0008h将数据87h上传给上位机。实际时序与第3节介绍的本地总线向CPCI总线传输数据的理论时序一致，对接收到的数据文件进行分析，数据结构完整，数据包计数连续，没有丢数现象，验证了本设计中本地总线向CPCI总线传输数据的正确性。如图6所示，上位机向FPGA下发控制信号，此时启动一次单周期写访问，LW/R#为高，FPGA通过地址0004h获得命令代码67h。实际通信时序与第3节介绍的CPCI总线向本地总线传输数据的理论时序一致，且命令下发正确，验证了本设计中CPCI总线向本地总线传输数据的正确性。

线上期中总结篇（6）

中图分类号：F014.32 文献标识码：A 文章编号：1006-3544（2013）04-0043-06

一、引言

自凯恩斯出版《通论》创立宏观经济学学科以来，总供给曲线和总需求曲线成为宏观经济的重要分析工具。不同的总供给和总需求曲线体现着不同的政策含义。因此，对其估计有着理论和实践两方面重要的意义。在理论上，通过对曲线形状的估计，可以检验不同理论，有助于我们从不同理论中选出最符合实际的一个；在实践上，对总供给和总需求曲线形状的了解可以为我们制定合乎实际的政策提供依据。

国内学者郑超愚（2004）结合总供给函数的通用形式和货币主义性质的总需求函数，建立了面向中国经济的非正统总供给-总需求模型， 考察了中国总供给-总需求模型的货币经济周期和动态均衡性质，揭示了中国经济结构失衡的逆周期波动性质。龚敏、李文溥（2007）采用总供给-总需求模型（AS-AD模型）和结构向量自回归模型（SVAR）考察了1996～2005年期间驱动中国产出和价格水平变化的总供给和总需求的作用，结论是近年来的“高增长、低通胀”是在有效供给能力改善的强有力推动下实现的。万光彩、刘莉（2007）在附加预期的菲利普斯曲线基础上，通过引入可变的技术进步变量，指出除预期的通货膨胀率、产出缺口外，技术进步也是影响总供给曲线的重要变量； 同时将总需求曲线扩展到开放经济条件下， 阐释了中国宏观经济运行中的高增长与低通胀并存现象。徐高（2008）运用Blanchard和Quah（1989）提出的长期识别条件，在一个二元结构向量自回归模型中将影响中国真实GDP和通货膨胀的冲击分解成了供给冲击和需求冲击， 利用分解的结果估计了中国短期总供给-总需求曲线的斜率，估计结果表明，中国的短期总供给曲线斜率为负（真实产出与通货膨胀负相关）， 而短期总需求曲线斜率为正（真实产出与通货膨胀正相关），这与现有的宏观理论完全不符，称之为“斜率之谜”。而高士成（2010）运用Blanchard和Quah（1989）提出的长期识别条件， 采用SVAR方法讨论了中国短期总供给-总需求曲线的斜率， 研究结果表明中国短期经济波动的主要影响因素为需求冲击，同时，总需求和总供给曲线的斜率也与理论基本相符，不存在斜率之谜。

相对于VAR模型， 动态随机一般均衡模型（DSGE模型）不仅对经济主体的最优行为决策方式及各经济主体决策行为之间的相互关系进行了清晰的描述，而且对经济的长期均衡状态及短期的动态调整过程进行了细致的刻画；既保证了宏观和微观分析的一致性，又使长期与短期分析得到了有机结合。DSGE模型的结构性特点使其能够避免卢卡斯批判，从而在政策分析和评价中发挥巨大作用。

前瞻性、具有微观经济基础的新凯恩斯模型成为近年来宏观经济分析的框架，Clarida、Gali和Gertler（1999）首次将新凯恩斯模型应用于货币政策分析，简约模型的新凯恩斯框架包含三个等式：第一个被Kerr和King（1996）、McCallum和Nelson（1999）称之为预期IS曲线，它是由居民效用最大化即欧拉等式的对数线性化得来的；第二个是前瞻菲利普斯曲线，由垄断竞争企业通过Calvo（1983）或Rotemberg（1982）模式调整价格以达到最大化利润得到的；最后一个等式是泰勒规则，即央行调整名义利率应对产出缺口和通货膨胀变化的反应函数。新凯恩斯经济学模型通过这三个等式刻画了三个重要宏观经济变量的动态行为：实际产出、通货膨胀率和名义利率。由于新凯恩斯经济学重点是名义变量行为，又特别注重货币政策规则，因此学者们常将其与传统IS-LM曲线联系在一起，因而新凯恩斯经济学的分析框架属于动态随机一般均衡模型（DSGE）。

本文在新凯恩斯DSGE模型基础上， 估计了中国的总需求、总供给函数，回答了中国总需求和总供给曲线的“斜率之谜”问题。同时，本文基于DSGE模型创新性地将总需求和总供给函数进行分解，详细分析了各种冲击对中国总需求、总供给的影响，以此为依据对中国2010～2011年的经济波动原因从总需求总供给角度进行阐释。

二、模型构建及估计策略

本文采用Clarida、Gali和Gertler（1999）的新凯恩斯经济学DSGE框架，并在此基础上进行改进，模型包括居民户、最终产品生产商、中间产品生产商及中央银行等主体。

（一）居民户行为

居民户在期初拥有货币Mt-1和债券Bt-1，接受中央银行给予家庭的一次性转移支付Tt， 居民利用其中一部分货币购买新债券价值为■，rt为t到t+1期名义利率，居民户提供ht的劳动力给中间产品生产商，获取劳动报酬wt ht，wt为名义工资，同时居民户以价格Pt消费最终产品Ct，在t期末，居民户从中间产品厂商那里获得红利Dt。

居民户行为受到的预算限制：

Mt-1+Bt-1+Tt+wt ht+Dt≥PtCt+■+Mt （1）

居民户最大化预期效用函数：

E0■？茁t？琢t ln（Ct）+ln（■）-■h■■ （2）

其中，？茁∈（0，1），为家庭的随机贴现因子；？浊≥1，为消费的消费替代弹性；偏好冲击？琢t 服从自相关过程：

ln ？琢t= ？籽？琢 ln ？琢t-1+？着？琢t （3）

其中？籽？琢∈（0，1），？着？琢t是具有0均值、标准误为？滓？琢的正态分布。

居民户最大化行为得到其一阶条件为：

h■■=■■ （4）

■=？茁rt（■■） （5）

（二）最终产品生产商行为

厂商使用连续的中间产品Yt（i）生产惟一的最终产品Yt，中间产品的名义价格为Pt（i），最终产品厂商采用如下常替代弹性的生产技术：

■Yt（i）■（di）■≥Yt （6）

其中，？兹t为可变中间产品的需求弹性，称为成本驱动冲击，服从自相关过程：

ln ？兹t=（1-？籽？兹） ln ？兹+？籽？兹 ln ？兹t-1+？着？兹 t （7）

其中？籽？兹∈（0，1），？兹>1，？着？兹 t是具有0均值、标准误为？滓？兹的正态分布。

最终产品生产商最大化其利润行为：

Yt（i）=[■]■ Yt （8）

得到最终产品价格Pt与中间产品价格Pt（i）之间的关系为：

Pt=■Pt（i）■di■ （9）

（三）中间产品生产商行为

中间产品厂商采用如下常替代弹性的生产技术：

Zt ht（i）≥Yt （i） （10）

Zt为总技术冲击，服从随机游走过程：

ln Zt=ln Z+ln Zt-1+？着zt （11）

其中，z>1，？着zt是具有0均值、标准误为？滓z的正态分布。

中间产品生产商面临最终产品的价格调整成本为：■[■-1]2Yt （12）

这里？准≥0代表价格调整成本尺度，？仔≥1度量稳态通货膨胀率。

此中间厂商名义价格调整方式最初由Rotemberg提出，即公司必须选择一系列价格Pt （i）最大化其总市场价值，即E■？茁t ■■，这里？茁t ■度量居民户实际利润的边际利用价值，而实际利润可表示为：

■=[■]■Yt-[■]■■■-

■[■]2Yt （13）

上述问题的一阶条件为：

（？兹t-1）[■]■■=？兹t[■]■■■■-

？准■-■+？茁 ？准 Et{■■[■-1]×

■■} （14）

若？准=0，则Pt（i）=■■意味着中间产品生产商没有价格调整成本。

（四）对称性均衡

所有中间产品生产上做出惟一决策，即Yt （i）=Yt，ht（i）=ht，Pt（i）=Pt，Dt（i）=Dt，市场出清条件意味着Mt=Mt-1+Tt，Bt=Bt-1=0，居民户的预算限制（1）式可重新写为：

Yt=Ct+■（■-1）2Yt （15）

消费者欧拉等式（5）重新写为：

■=？茁 rt Et （■■） （16）

中间产品生产商一阶条件（14）式可重新写为：

？兹t-1=？兹t■（■）？浊-1■-？准（■-1）■+

？茁 ？准 Et[■■（■-1）■■] （17）

这里？仔t=■表示通货膨胀率。

（五）有效分配和产出缺口

假如存在一个社会分配者，他分配居民户的劳动nt （i）去生产中间产品Qt （i），得到最终产品Qt ，以最大化居民户福利，即：

E■？茁t {？琢t ln Qt-■[■nt （i）di]？浊} （18）

Zt[■nt （i）■di]■≥Qt （19）

其一阶条件定义产出Qt的有效水平值为Qt=

？琢■■Zt，得到产出缺口为：

xt=（■）1/？浊（■） （20）

（六）线性对数化模型

（4）、（5）、（7）、（11）～（13）式描述了5个内生变量Yt，Ct，rt，xt，？仔t和三个外生冲击？琢t，？兹t，Zt，定义产出增长率：

gt=■ （21）

若不存在技术冲击，则所有变量都趋向于其稳定状态增长路径，即：

yt=y，ct=c，rt=r，xt=x，？仔t=？仔，gt=g，？琢t=1，？兹t=？兹，zt=z，

令

yt=ln（yt /y），ct=ln（ct /c），rt=ln（rt /r），xt=ln（xt /x），？仔t=ln（？仔t /？仔），gt=ln（gt /g），？琢t=ln（？琢t），？兹t=ln（？兹t /？兹），zt=

ln（zt /z）。

以上模型的对数线性化形式为：

？琢t= ？籽？琢 ？琢t-1+？着？琢t （22）

ln et= ？籽e et-1+？着et （23）

zt=？着zt （24）

xt=Et xt+1-（rt-Et ？仔t+1）+（1-？棕）（1- ？籽？琢）？琢t （25）

？仔t=？仔+？茁 Et？仔t+1+？鬃 xt-et （26）

xt=yt-？棕？琢t （27）

gt=g+yt-yt-1+zt （28）

其中？棕=■，？鬃=？浊■， et=■？兹t，？籽e=？籽？兹，？滓e=■？滓？兹。（22）～（24）式描述了偏好、成本推动和技术冲击行为，（25）式为预期IS曲线，（26）式为新凯恩斯Phillips曲线。

（七）央行行为

假设中央银行按照Taylor（1993）规则操作货币政策，即：

rt=rt-1+ ？籽？仔 ？仔t+？籽g gt+ ？籽x xt+？着rt （29）

泰勒规则具有明确的政策含义， 即联邦基金名义利率要顺应通货膨胀率的变化， 以保持实际均衡利率的稳定性。如果产出的增长率超过潜在水平，或失业率低于自然失业率， 以及预期通货膨胀率超过目标通货膨胀率， 则会使实际利率偏离实际均衡利率，货币当局就应运用政策工具调节名义利率，使实际利率恢复到实际均衡利率。

本文采用极大似然方法估计上文线性化DSGE模型的结构参数。 首先运用Blanchard和Kahn（1980）的方法求解线性DSGE模型的解，并用状态空间的形式表示， 然后运用Kalman滤波得到关于模型结构参数的似然函数， 极大化之即可求得参数的估计值。具体地：

将本文构建的DSGE模型的对数线性化表示为状态空间形式：

AEt Xt+1=BXt+CVt （30）

其中Xt=[yt，？仔t，rt，xt，zt，gt，？兹t]′，Vt=[？着t，at，et]，系数矩阵A、B、C取决于模型结构参数，则用BK方法得到模型解的状态空间形式：

xt=Fxt-1+D？孜t

ft=Hxt （31）

模型状态变量xt=[yt，？仔t，rt，xt，zt，gt，？兹t]′，观测变量ft=[yt，？仔t，rt]′，外生随机扰动项？孜t=[？着t，at，et]，F、D、H同样依赖于模型结构参数， 观测变量个数与外生冲击个数相等，从而避免了估计中的奇异性问题。下文参数的估计值是通过运用DYNARE工具箱，在MATLAB2010a环境中计算得到的。

三、实证分析

（一）数据来源及处理

本文采用中国2006年3月至2011年12月的数据，包括产出缺口、通货膨胀率和利率。

1. 产出缺口。 本文使用工业增加值代表实体经济行为， 将其取对数后利用HP滤波法推算出潜在水平，在此基础上计算各期产出缺口。数据来源于国家统计局网站。

2. 通货膨胀率。 本文选用居民消费价格指数变化作为衡量价格水平变化即通货膨胀率指标。计算公式：通货膨胀率=（月度CPI-1）×100%。数据来源于国家统计局网站。

3. 利率。 本文选取全国银行间7天同业拆借利率。数据来源于中国人民银行网站。

将以上数据做图，如图1所示。

图1显示了我国产出缺口具有明显季节波动特征， 同时具有周期性特征。2008年出现一次波谷，2010年中又出现一次波谷； 由于2008年美国次贷危机引发全球经济衰退，我国2008年通货膨胀率达到最高点，2009年中降至波谷，2010年波动再次加大，进入2011年又开始逐渐攀升，央行调节利率的幅度及频率相对往年也较高。

（二）模型参数估计结果

为了得到总需求和总供给曲线，将（20）、（21）式代入（19）式，得到：

？仔t= ？鬃gt+st+（？仔- ？鬃g） （32）

这里st= ？茁Et ？仔t+1+ ？鬃 yt-1-？鬃 zt -？棕 ？鬃 at- et。（30） 式中通货膨胀率表示为产出增长率的线性函数， 斜率为 ？鬃，截距为st+（？仔- ？鬃g）。当经济在均衡增长路径时变参数st为0，斜率依赖于名义价格刚性， ？鬃∞完全弹性意味着一条垂直总供给曲线，相反 ？鬃0则存在一条水平总供给曲线。

相似的得到总需求曲线：

？仔t=-（■）gt+dt+（？仔+■g） （33）

其中

dt=-■rt-1+■Et xt+1+■Et ？仔t+1-（■）zt+

■at-■？着r，t （34）

同理，当经济在均衡增长路径时变参数dt为0，总需求曲线依赖于规则参数，？籽？仔越大曲线越平，但？籽g、？籽x越大，曲线越陡峭。

由估计参数结果得到总需求曲线斜率为-3.76，总供给曲线斜率为0.1，总需求曲线陡峭而总供给曲线平坦，说明中国经济受到总需求冲击影响最大，而总供给冲击作用较小，中国总需求、总供给曲线斜率与宏观经济理论一致，不存在“斜率之谜”。

对于货币政策冲击，rt增大导致居民户调整消费，同时居民户会预期下一期产出缺口为负，通货膨胀率低于稳态值，以上作用使得总需求减少。另外，公司调整价格成本昂贵，公司会降低当期价格，因而总供给变大。

对于央行行为方程估计结果，货币当局当期目标利率波动对上期产出波动及上期通货膨胀波动的反应系数分别为0.3825和0.4214。这表明央行目标利率对产出波动的反应大于对通货膨胀波动的反应，中国央行货币政策调节更注重应对产出变化，不注重应对通货膨胀波动。

（三）模型冲击估计结果

模型冲击估计结果（见图2）显示，偏好冲击在2008年有一个较大波峰，成本推动冲击在2008年有一个较大波谷，技术冲击和政策冲击周期波动较有规律。偏好冲击波动的持久性为？籽？琢=0.778，成本推动冲击波动的持久性为？籽e=0.9279，偏好冲击和生产率冲击的持久性较大，反映了样本期内中国经济发生具有较长时间影响的偏好冲击和成本推动冲击。这意味着总供给和总需求在很大程度上存在长期持续性特征的影响。

（四）总需求、总供给脉冲响应分析

对模型总需求、总供给（以下依次为偏好冲击、技术冲击、成本推动冲击和政策冲击）进行脉冲响应结果如图3、图4所示。

脉冲响应结果显示， 一个正的偏好冲击增加总供给但减少总需求， 一个正的技术冲击增加总供给但减少总需求， 一个正的成本推动冲击和政策冲击同时增加总需求和总供给。

（五）对我国2010年第1季度至2011年第4季度总需求和总供给进行分解分析

由于2008年美国次贷危机引发全球经济衰退，我国自2008年经济波动加大， 因此本文对中国2010～2011年总需求和总供给函数进行分解，结果如表2所示：

分解结果显示，2010～2011年总需求不断增大而总供给不断减小。对于总需求函数，影响其变动的主要是■ at， 即偏好冲击，■ Et ？仔t+1及-■ rt-1的影响几乎可以忽略，说明我国总需求对未来通货膨胀率及未来利率波动反应微乎其微；对于总供给函数，影响其变动的主要是-？棕 ？鬃at，也是偏好冲击，而？茁 Et ？仔t+1、？鬃 yt-1及- ？鬃 zt的影响非常小。结果显示2010～2011年间影响中国总需求、总供给波动的主要因素是偏好冲击，体现偏好冲击的方程为居民户的效用最大化函数，也就是说影响中国总需求、总供给波动的主要因素是居民户对未来经济波动的预期。

四、结论与政策建议

本文基于新凯恩斯DSGE模型对中国总需求和总供给函数进行估计及分解分析，结果显示中国总需求曲线陡峭而总供给曲线平坦。模型冲击估计结果显示，偏好冲击在2008年有一个较大波峰，成本推动冲击在2008年有一个较大波谷，技术冲击和政策冲击周期波动较有规律。 模型脉冲响应结果显示一个正的偏好冲击增加总供给但减少总需求， 一个正的技术冲击增加总供给但减少总需求， 一个正的成本推动冲击和政策冲击同时增加总需求和总供给。最后本文对中国2010～2011年总需求、总供给函数进行分解，结果说明影响中国总需求、总供给的主要因素是居民对未来经济波动的预期。

今后中国在操作货币政策时应注重规则使用，同时增加政策透明度， 使公众能够形成与政策制定者相同的预期，从而提高政策效应。

参考文献：

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[4]郑超愚. 中国总供给总需求模型的动态调整[J]. 金融研究，2004（3）：90-98.

[5]龚敏，李文溥. 中国经济波动的总供给与总需求冲击作用分析[J]. 经济研究，2007（3）：32-43.

[6]万光彩，刘莉. 阐释中国之谜――一个基于扩展的总需求总供给模型[J]. 数量经济技术经济研究，2007（6）：38-47.

[7]高坚，杨念. 中国的总供给-总需求模型：财政和货币政策分析框架[J]. 数量经济技术经济研究，2007（5）：3-11.

线上期中总结篇（7）

I2C是由Philips公司推出的芯片间串行传输总线。它以规范严谨、使用简单灵活、支持的器件繁多等特点而被广泛应用。对于不具备I2C接口的主器件（通常指MCU），可利用普通的I/O口来模拟I2C总线，但由于无法解决多主竞争问题而只能应用在单主机系统中。本文提供了一种解决方案，可将模拟I2C总线应用在多主机系统中，实现模拟I2C的多主通信。

1 模拟I2C多主通信的设计原理

在I2C总线系统中，可以有多个主器件节点。当多个主器件节点都企图控制总线时，就会出现多主竞争。这时就需要进行仲裁，裁决的结果只允许其中一个主器件节点成为主控器。而硬件I2C系统之所以支持多主系统，是因为其具有的三个特性：①接口的线“与”逻辑功能；②内部冲突检测电路；③I2C中断和状态处理程序。这使其能够自动完成多主竞争时的时钟同步与总线仲裁，无须用户介入。而在模拟I2C系统中，如果能通过软硬件设计模拟出上述的三个特性，就等于解决了竞争仲裁与同步问题，那么模拟I2C总线就完全可以应用于多主机系统中。

首先，经过理论分析与实验验证，得知并联在一起的MCU的普通I/O口线本身就具有线“与”特性。其次，为了避免主节点在总线繁忙时启动总线而引起的冲突，需要增加一条握手线，即BUSY线来代表总线的忙/闲状态。因为数据线（SDA）和时钟线（SCL）上的信号是变化的，所以不能用它们充当BUSY线。另外，当多个MCU都检测到总线空闲，同时企图控制总线时，将形成多主竞争状态，同样会引起冲突。这时就需要引入时间片，用划分的时间片来决定竞争时各MCU占用I2C总线的优先次序。结合SDA的线“与”特性，检测SDA上是否已经存在启动信号（即SDA是否为0），如果直到相应的时间片结束都没有检测到SDA上的启动信号，自己就可以控制总线。最后，由于模拟系统中没有硬件I2C中断，MCU作为从器件时不知何时开始接收总线上的数据，所以，需要提供一根I2C中断信号线，使MCU在中断程序中处于从接收状态，中断线可以与BUSY线合用。

    通过上述分析，利用三根信号线就能模拟出硬件I2C的竞争仲裁过程，实现模拟I2C的多主通信。

2 系统连接示意图

三线模拟I2C总线系统的连接框图如图1所示。

模拟I2C多主系统中，要参与竞争的主器件节点采用三级连接方式，如MCU（A）、MCU（B）、MCU（C）；对于器件节点如24C64等，因不具备主动控制I2C总线的能力，不会参与总线的竞争，所以仍可采用通用的两线连接方式。三线模拟I2C总线中的时钟线SCL和数据线SDA可由MCU的任意两个I/O口线模拟；BUSY线因还要充当中断信号线，则必须与MCU的外部中断引脚INT0或INT1连接。

3 时序分析及流程设计

在检测到BUSY=0（忙）时，不会出现竞争；但当检测到BUSY=1（闲）到将BUSY设为0，需要的典型时间为3个机器周期。在这段时间内，别的MCU仍会检测到BUSY=1，也认为总线空闲到企图占用，这时就出现了竞争与冲突。竞争的时间范围为2×3个机器周期。仲裁的方法是为每一个MCU分配一个仲裁时间片，在规定的时间片内MCU反复检测总线中的数据线SDA是否有信号，直到时间片结束。如果没有信号就可马上占用I2C总线，发送起始信号；如果有信号则表示有别的高优先级的MCU要占用，该MCU退出竞争。仲裁时序图如图2所示。

    将BUSY设为0后的一段时间规定为仲裁时间。仲裁时间长度为（N-1）×Δt。N为I2C总线上参与竞争的MCU个数；Δt为一个时间片的长度，典型值为4个机器周期。按优先级顺序给MCU分配不同个数的时间片。仲裁时序如图2所示：假设MCU（A）优先级最高，它不必进行时间片测试，在检测到总线空闲时直接发送起始位；MCU（B）优先级为次高，在检测到总线空闲后，它需要等待检测一个时间片周期Δt，在Δt期间内SDA线上没有变化，即等待确认比它高优先级的MCU（A）不使用总线后，MCU（B）才能占用总线，发送起始信号；MCU（C）优先级最低，它需要测试等待周期2Δt，只有当MCU（A）、MCU（B）都不占用总线时（SDA一直保持为1），MCU（C）才能占用总线发送起始信号。

线上期中总结篇（8）

2时间同步机制的建立

在航空电子通信系统中，每个子系统都拥有能够独立工作的计时时钟，它们之间会存在一定的时间误差，为了保证子系统之间在传输信息和执行实时任务的同步性，必须建立时间同步机制，统一整个通信系统时间，这里所说的时间统一，不仅仅包括上电之后能够在短时间内迅速达到统一，还包括飞行过程中始终保持统一。时间同步机制将大幅度提升航空飞行效率和稳定性，并确保子系统工作在有序进行的前提下，实现步伐统一和指挥统一。时间同步机制的原理：实时计时器（RTC）和时钟分辨率是航空电子通信系统各个子系统中安装有的设备，每个RTC的长度均一致，在上电后它们会自动计数。依照整个系统和子系统RTC精确度的要求，计算出总线控制器RTC的广播周期值。通过系统总线控制器向子系统进行周期性广播RTC值，各个子系统根据此周期计算自身RTC与总线RTC间误差，得出误差后修正时间，并按照此时间执行实时任务。航空电子通信系统RTC精确度的要求越低，周期值越大；反之越小。

3故障处理

在航空电子通信系统通信过程中，要求系统能够及时对所发生故障进行排除。对于总线控制器而言，其在子系统故障处理方式方面，同非总线控制器不同，非总线控制器在故障发生后处理方式也不尽相同，如果子系统多路总线接口的硬件存在故障，此时，状态字的终端标志位置位，若并非硬件故障和永久故障，则子系统标志会置位。若故障更加严重，中央处理器无法运行，此时，通信系统会发出相应的指令，禁止响应总线控制器所发出的各项命令。由于三种故障情况的处理方式不同，因此，必须根据实际需要进行分析，以防运行存在错误，影响通信过程。对于总线控制器而言，其处理故障也需要分情况进行。总线控制器需要对发生故障的子系统进行判断，并对故障电缆作出相应的记录，由于通信故障包括临时性故障和永久故障，因此，总线控制器需要根据系统需求，在双余度电缆上先开着调试，若简单调试后故障消失，则属于临时故障，若故障长时间内无法消除，则可能是子系统或电缆硬件存在问题。若采用双余度电缆重新调试，故障仍存在，即为永久故障，此时，总线控制器会进行记录。

线上期中总结篇（9）

一、现场总线技术应用的背景

二十一世纪以来，在工业自动化控制领域，现场总线控制系统（Fieldbus Control System）已经走上了高速发展的快车道。随着现场总线技术和产品的日趋成熟，在发电厂新建或改造项目中采用现场总线技术的案例逐步增多。现场总线技术的应用大大节约了控制电缆铺设的成本， 并使设备的在线故障诊断和远程参数修改成为了可能。同时，应用现场总线控制技术实现现场设备级的数字化，是建设数字化电厂的关键一步。

为了推动现场总线技术的发展与应用，广东某火力发电厂2X1000MW工程锅炉补给水系统采用了西门子Profibus现场总线控制技术，培养出了一批熟练掌握现场总线技术的检修维护人员，为今后扩建和改造项目使用现场总线控制系统奠定了基础。

二、现场总线设备概述

图1 锅炉补给水现场总线控制系统网络结构图

从图1可以看出，该现场总线控制系统配置了两套互为冗余的西门子S7-417H型号CPU，通过以太网交换机与上位机操作员站、工程师站交换数据。系统采用光纤链路模块（OLM）组成冗余的Profibus-DP光纤环网作为控制系统的通讯主干网，环网上挂有4个通讯柜，并根据现场设备的类型与数量配置了8条Profibus-DP支线和7条Profibus-PA支线。本项目采用的现场总线型仪表主要包括：横河EJA智能压力变送器、Festo气动阀岛、Endress+Hauser超声波液位计、ABB智能变频器、HACH智能硅表、HACH智能钠表等设备。

三、现场总线技术应用与维护的难点

现场总线技术作为一种新兴的控制系统技术，拥有着抗干扰能力强、节约电缆、智能化、数字化等诸多显著优点。但同时我们也应注意到，现场总线控制系统与传统分散控制系统在工作原理上的根本不同，导致前者在应用中会涌现出很多新的问题。在此将本项目从基建安装以来七年时间内，遇到的各种应用与维护难点及其解决思路总结如下：

（一）项目设计时期，主要问题集中在设备选型和订货时间方面。支持现场总线协议的设备品牌、型号相对较少，辅机配套厂家对现场总线理解不够，对兼容性、可靠性的验证还存在局限性，供货方面发生偏差的概率增大，因此需要设计方与供货厂家一起对设备参数进行仔细核对。采用总线方式，设备的采购及订货需要更多的时间，这就要求压缩供应商的订货周期和编制更准确的供货计划。现场总线控制系统进行逻辑组态时需要详细的设备型号和GSD组态文件，必须要求设备供应商尽早提供相关资料，以免延误工期。

（二）基建安装调试时期，主要难点集中在对安装工艺的要求和对本厂维护人员的培训上。总线设备相对于常规方式对施工工艺要求更高，现场总线系统的接线方式有别于常规DCS系统的接线。常规控制系统的设备是点对点的接线方式，每个设备是孤立的，接线比较有针对性；而现场总线设备都是并联在一条总线上，互相关联影响，接线不能有错误，一个点的故障就可能影响整条支线所有设备的通讯。采用现场总线技术，热工维护人员的维护强度尽管有所降低，但技术要求大大提高，要学会总线专用组态软件和在线诊断工具的使用。因此在调试期间要培养一批学习能力强、能适应现场总线控制系统维护要求的热工技术人员。

（三）生产维护时期，主要的难点在于备品备件的管理上。一个现代化的发电企业，从成本控制的角度，会对备件采购和备件库存积压进行严格把控，有着全面的考核指标。而现场总线控制系统的大多数备件是无法与常规控制系统通用的，必然会增加日常维护的备件库存总量。同时，因现场总线通讯协议的特点，采购的备件必须指定备件的品牌型号与现场原来使用的一致，否则就需要重新组态并下装控制器才能使用（这在连续的发电生产过程中是不允许的）。根据经验，指定品牌的采购方式通常较采用短名单方式采购备件的价格要高，进一步增加了备件库存金额的总量。因此，合理规划备品备件是项目投产后需要注意的关键环节。

四、结束语

Profibus现场总线技术在该发电厂锅炉补给水控制系统中的成功应用表明， 目前在发电厂中应用现场总线控制技术的条件已经成熟，同时这也是现电企业向数字化迈进的需要。

参考文献

[1]陈小枫，董景辰，曹迎东.过程控制现场总线工程运行与维护[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2]徐明等.现场总线技术在电厂中的应用[J].微计算机信息，2006.

线上期中总结篇（10）

一、模型设计步骤

由于钢材期货在我国上市时间较短，且研究价格波动规律若选择单一的品种，不能反映价格波动的总体规律，不具有代表性和说服力。因此，笔者选择了包括农产品、工业品等多种外盘期货品种的数据进行分析研究，通过大量的统计工作总结出价格波动规律，进而来论证建筑企业钢材期货套期保值的可操作性。

所谓不对称就是经研究发现，价格运动一般上升趋势所用时间长，上涨缓慢且偏离幅度大，下跌趋势则时间比较短，下跌速度快且偏离幅度相对较小，呈现不对称性。基于此，笔者才提出了不对称操作模型。

下面介绍不对称操作模型的步骤：

第一步：头部、上背离、底部、下背离、真、假的判断

（1）对外盘多种工业品和农产品十多年日线、周线、月线收盘价进行统计。下面以周线为例求出60周算术移动平均线和周线偏离幅度，60日、月均线计算公式相同。

根据第一步得出的次假后真的个数，顶到底和底到顶时间，结合K线图得出周线上背离上涨的波数和下背离下跌的波数。一般周线上背离出现5波以上，下背离出现4波以上；月线工业品上下背离均出现3波以上，农产品上下背离均出现2波以上。

根据第二步求出的做对的概率设计操作的仓位。

根据大量的统计计算以及咨询有经验的操盘人员得出以下结论：月线和周线波动趋势明显，而日线波动频繁，情况复杂，不易中长期操作，且获利较小。月线和周线所占的仓位比重大，一般月线占60%仓位，周线占30%，日线占10%。所以本文在设计操作时仅以周线和月线的仓位设计具体的操作。本文在设计仓位时包括两种：一种是企业只在期货市场上进行套期保值；一种是有现货的企业根据需要进行期现套利。

在仓位设计时以工业品月线出现的三种情况为例,介绍如下:

第一种情况：上偏离设第一次出现不创新高的阴线为a0并且a0在头部，之后下偏离出现不创新低的阳线为b0则可以平仓，设盈亏为J0计算公式为：

式中：m1为不创新低阳线收盘价；n1为不创新高阴线收盘价；e1为做多的仓位；S1为总盈亏的数额；10为杠杆系数。

第二种情况：上偏离设做空仓位为h1第一次出现不创新高的阴线为a1，随后出现创新高的阳线为c1，止损50%，上偏离出现头部为a0，设做空仓位为h2之后下进入下偏离且出现不创新低的阳线b1则可以平仓，设止损平仓盈亏为Q1，总的盈亏J1为计算公式为：

二、模型实证分析

我国钢材期货上市时间不长，所以本案例对在钢材期货市场进行套期保值操作的同时，选用钢材现货价格运用本模型进行操作以佐证建筑企业钢材期货套期保值的效果。对于仓位操作按照上述操作模型的仓位设计进行操作。由于篇幅有限本案例仅选用钢材周线进行套保，对现货和期货各选用3千万元进行套保，单位用百万计，10%的保证金。套期保值操作结果如下表所示：

表2 钢材套期保值不对称操作结果统计表

由图表可看出，本次操作虽然时间短，但是实现了盈利。从结果看，现货应用本操作模型效果比期货好，原因是期货选取的时间短，这样会引起在价格偏离幅度不大的情况下频繁操作，选取的机会点盈利率不大，从而在价格没有达到头部或者底部时就把仓位损失掉了，这也是本案例在选取时选取时间段较长的现货进行佐证操作的原因，因为本模型在设计时就本着选取大机会点操作为原则，虽然大机会点少，但是做对准确率高。

三、结语

本文通过统计分析大量历史价格数据，总结价格波动规律，利用概率论知识经过概率计算设计出套期保值操作模型，再以实证分析论证模型的可操作性和正确性。结果表明，运用本模型能正确判断套期保值的时机，帮助建筑企业控制价格风险，达到降低成本的目的。

价格波动规律研究是一项工作量大而且复杂的工作，也是套期保值成功的关键，并且影响价格波动的因素多种多样，在实际应用中还要综合考虑多种因素做出正确抉择。

参考文献：