一、简介：轨道信号不能“卡”，飞腾+实时Linux来兜底

• 行业痛点

  • 列车速度 350 km/h，信号控制周期要求 ≤ 50 ms；超时即触发“紧急制动”，晚点 5 分钟 = 数十万经济损失。

  • 传统裸机方案扩展性差，新增 AI 视觉检障难落地。

• 国产化趋势

  • 发改委明确 2025 年关键基础设施芯片自主率 ≥ 75%。

  • 飞腾 FT-2000/4 已用于 CTCS-3（中国列车控制系统），生态成熟。

• 方案价值

  • 用飞腾+PREEMPT_RT 替代进口 x86+VxWorks，成本降 40%，供应链安全可控。

  • 一套硬件同时跑信号逻辑 + 视频分析，减少车载机笼数量。

二、核心概念：5 个关键词先搞懂

三、环境准备：10 分钟搭好“轨道实验室”

1. 硬件清单

2. 软件栈

3. 一键编译 RT 内核（可复制）

#!/bin/bash # build_rt_phytium.sh set -e VER=5.15.71 RT_PATCH=patch-${VER}-rt53.patch.xz wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-${VER}.tar.xz wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/${VER}/${RT_PATCH} tar -xf linux-${VER}.tar.xz cd linux-${VER} xzcat ../${RT_PATCH} | patch -p1 make phytium_defconfig # 飞腾官方默认配置 ./scripts/config -e CONFIG_PREEMPT_RT make -j$(nproc) Image dtbs sudo make modules_install sudo cp arch/arm64/boot/Image /boot/phytium-rt sudo update-grub

重启选phytium-rt进入，确认：

uname -r # 5.15.71-rt53-phytium cyclictest -p99 -i100 -d60s

Max 延迟 < 80 μs 即达标。

四、应用场景（300 字）：列车门控 + 站台视频联动

具体场景：高铁进站自动开门 + 站台异物检测

• 列车以 80 km/h 进站，车载信号计算机通过 MVB 收到“开门使能”帧，周期 32 ms。

• 飞腾实时 Linux 需 10 ms 内完成：
  ① 校验 MVB CRC → ② 输出门控继电器 → ③ 通过千兆网触发站台摄像头抓拍 → ④ 返回门状态。

• 若站台摄像头 AI 检测到异物（行李/人员越线），需在 50 ms 内通过以太网反向发送“禁止开门”指令；系统立即切断继电器并记录日志。

• 整个控制逻辑跑在 PREEMPT_RT 用户态，双冗余热备，任何一路超时自动切换到备份通道，满足 SIL 2 诊断覆盖率≥90%。

• 飞腾芯片内置 ECC 与看门狗，-40 ℃ 冷启动时间 < 30 s，比进口 x86 缩短 40%，完全替代传统 VxWorks 方案，实现“国产芯+实时 OS”自主可控。

五、实际案例与步骤：30 分钟跑通“门控 + 网络回环”原型

实验目录统一：~/train-rt，所有代码可拷贝编译。

5.1 硬件连接图

[MVB 仿真器] --RS485--> [FT-2000/4 串口] [FT-2000/4] --GPIO--> [继电器模块] [FT-2000/4] --GbE--> [摄像头 PC]

5.2 步骤 1 - 创建实时线程

// door_control.c #include <pthread.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sched.h> #define PERIOD_MS 32 void *door_task(void *arg) { struct timespec next; clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &next); while (1) { /* TODO: 读 MVB 帧、校验 CRC */ printf("Door cycle\n"); next.tv_nsec += PERIOD_MS * 1000000; if (next.tv_nsec >= 1000000000) { next.tv_sec++; next.tv_nsec -= 1000000000; } clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME, &next, NULL); } return NULL; } int main() { pthread_t tid; pthread_attr_t attr; struct sched_param param = { .sched_priority = 95 }; pthread_attr_init(&attr); pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_FIFO); pthread_attr_setschedparam(&attr, &param); pthread_create(&tid, &attr, door_task, NULL); pthread_join(tid, NULL); return 0; }

编译：

gcc door_control.c -o door_control -pthread -lrt sudo ./door_control # 需 root 才能设置 FIFO:95

观察周期抖动：

sudo trace-cmd record -e sched_switch ./door_control sudo trace-cmd report | grep door_task

5.3 步骤 2 - MVB 物理层适配（简化）

MVB 需定制驱动，本文用串口 115200 模拟——帧格式 16 字节：

| 头 1B | 数据 12B | CRC 3B |

用户态读串口，代码片段：

int fd = open("/dev/ttyS2", O_RDWR | O_NOCTTY); set_speed(fd, 115200); while (read(fd, buf, 16) == 16) { if (crc_ok(buf)) { gpio_set_value(RELAY_PIN, 1); /* 开门 */ send_udp_to_camera(); /* 触发抓拍 */ } }

5.4 步骤 3 - GPIO 控制继电器

飞腾引脚编号计算：
BASE = 320; RELAY_PIN = BASE + 12;

# 导出 GPIO echo 332 | sudo tee /sys/class/gpio/export echo out | sudo tee /sys/class/gpio/gpio332/direction # 开门 echo 1 | sudo tee /sys/class/gpio/gpio332/value

5.5 步骤 4 - 网络触发摄像头（UDP 回环测试）

void send_udp_to_camera(void) { int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); struct sockaddr_in dst = { .sin_family = AF_INET, .sin_port = htons(5000), .sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100") }; const char *msg = "TRIG"; sendto(sock, msg, 4, 0, (struct sockaddr *)&dst, sizeof(dst)); close(sock); }

PC 端接收：

nc -u -l 5000

5.6 步骤 5 - 冗余与诊断（SIL 2 铺垫）

• 双串口热备：主串口 3 次无应答 → 切换备份串口 + 记录异常。

• 看门狗：内核i.MX_WDT驱动，用户态 20 ms 喂狗一次。

• ECC 内存：飞腾固件已开，日志中EDAC无报错即通过。

六、常见问题与解答（FAQ）

• 网络 UDP 丢包 | 中断亲和不均衡 | 把 eth0 中断绑到 core2-3：echo 0c > /proc/irq/24/smp_affinity| | 低温 -25 ℃ 无法启动 | eMMC 启动电压不足 | 换工业级 eMMC，启用飞腾 PMIC 低温补偿位 |

七、实践建议与最佳实践

1. 版本锁定
   内核、uboot、rootfs 哈希值写入《软件配置清单》，任何升级走变更流程。

2. CI 自动化
   GitLab Runner 每提交 → 自动跑cyclictest + 单元测试 + 追溯矩阵检查。

3. 追溯矩阵
   用 Python 脚本扫描SRS_*↔test_*前缀，生成 Excel，auditor 一键通过。

4. 故障演练
   每月“故障日”：随机拔串口、关电源、注错帧，验证 3 秒内切换 + 日志完整。

5. 文档沉淀
   把本文步骤整理成《飞腾轨道交通 RT-Linux 快速部署手册 v1.0》，放 Confluence，新人 30 分钟可复现。

6. 向后兼容
   保持用户态 ABI 稳定，内核升级只做补丁级，避免用户应用重编。

八、总结：一张脑图带走全部要点

飞腾轨道交通实时控制 ├─ 芯：FT-2000/4 工业级 -40 ℃ ~ +85 ℃ ├─ 核：linux-5.15-rt，cyclictest < 80 μs ├─ 协议：IEC 61375 MVB + UDP 视觉联动 ├─ 冗余：双串口热备 + 看门狗 + ECC ├─ 安全：SIL 2 追溯矩阵 + 故障注入 └─ 落地：30 分钟跑通门控原型，文档 CI 自动化

国产芯 + 实时 Linux 不再是“实验室玩具”，它已能扛起 CTCS-3 信号控制的安全重担。
把本文脚本 push 到你的 GitLab，下次现场调试，只需一条 ansible-playbook，即可在深夜 2 点的站台，让列车稳稳停在你设定的厘米级位置——自主可控，分秒不差！