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鐵路信號計算機聯鎖安全平臺設計

添加時間:2019/04/23
本文以鐵路信號計算機聯鎖系統爲應用背景aaa,簡要介紹了二乘二取二的安全計算機硬件平臺架構、並抽象出聯鎖軟件架構aaa,然後根據軟件架構的完成了 Linux 操作系統在PC/104 平臺的移植、完成 PC/104 與底層 I/O 通信板的驅動程序設計aaaa。
  以下爲本篇論文正文:

摘 要

隨着中國鐵路運輸技術的快速發展aaaaa,鐵路運輸安全也逐步提高aaa,對鐵路信號聯鎖控制系統的可靠性和容錯性提出了更爲嚴格的要求aaaaa。隨着計算機技術的成熟aaaaa,鐵路信號聯鎖控制系統現已進入計算機聯鎖階段aaa。因此aaaa,有必要開發一種具有高可靠性和容錯性的鐵路信號計算機聯鎖系統aaaaa。並且在計算機聯鎖系統安全平臺的設計中aaa,安全計算機平臺的結構aaa,操作系統的選擇和優化以及平臺軟件的設計是整個安全計算機系統是否能夠運行的關鍵aaaaa。

首先aaa,根據安全計算機平臺的可靠性aaaaa,安全性和可維護性要求aaa,簡要介紹了兩二二安全計算機的邏輯結構aaa,然後簡要介紹了聯鎖安全的硬件結構和基本配置信息aaaa。電腦aaa。然後將整個聯鎖系統的軟件架構從上到下劃分爲應用軟件層aaa,平臺軟件層aaa,操作系統層和安全硬件層aaa。其中aaa,平臺軟件層是研究的重點aaaaa。最後aaaa,重點介紹了操作系統的選擇和平臺軟件的功能要求aaa。

其次aaa,本文首先簡要介紹了Linux系統的體系結構aaa,並分析了Linux系統的啓動過程aaa。然後aaa,深入探討和總結Linux嵌入式操作對於平臺的硬件配置aaaaa,特別是安全計算機的PC/104核心板的特點aaa。系統遷移工作和內核定製配置方法成功地將Linux系統遷移到安全計算機平臺aaa。在此基礎上aaaa,完成了包括顯示通信板aaaa,雙系統通信板aaaa,雙系統切換通信板和電子單元通信板的外圍I/O通信板驅動器的開發aaa。

再次aaaa,根據鐵路信號聯鎖安全計算機平臺層軟件的功能要求aaaa,詳細介紹了基於Linux操作系統的鐵路信號聯鎖安全計算機平臺的軟件設計aaaaa,並對軟件模塊進行了劃分aaa。每個模塊都完成了aaaaa。設計aaaa。並設計了一套基於時間同步aaa,軟件任務級同步aaa,數據同步比較設計等關鍵技術的平臺軟件aaa。

最後aaaaa,本文測試並模擬了內核性能aaaa,底層驅動程序aaa,平臺軟件功能和安全計算機系統的性能aaaaa。測試結果表明aaa,該軟件設計能夠滿足安全計算機平臺鐵路信號聯鎖系統的性能和安全性aaaa。在需求上aaa。

關鍵詞:計算機聯鎖系統;安全平臺軟件; Linux系統移植;數據同步;

Abstract

隨着我國鐵路技術的快速發展aaaaa,鐵路運輸安全也在逐步提高aaaa,對鐵路信號聯鎖控制系統的可靠性和容錯性提出了更爲嚴格的要求aaaaa。隨着計算機技術的日趨成熟aaaaa,鐵路信號聯鎖控制系統現已進入計算機聯鎖階段aaaaa,計算機接口系統aaa,安全計算機平臺結構aaa,操作系統的選擇和配置以及平臺軟件的實現是關鍵aaaa。決定整個系統能否正常運行aaaa。

首先aaaaa,根據安全計算機平臺的可靠性aaa,安全性aaaaa,可維護性要求aaa,本文介紹了雙2投2安全計算機平臺的邏輯結構aaaaa,然後簡要介紹了硬件結構和配置aaaa。整個聯鎖系統從上到下分爲應用軟件層aaa,平臺軟件層aaaa,操作系統層aaa,安全硬件層aaa。最後突出了操作系統和平臺軟件功能要求的選項aaaaa。

其次aaaaa,本文是Linux系統的體系結構aaa,分析了Linux系統的啓動過程aaaa,後者通過分析硬件體系結構配置的特點aaa,特別是安全計算機平臺中的PC/104核心板aaaa,進行了深入的探索和總結aaaaa。啓動內核配置方法aaaaa,成功將嵌入式Linux操作系統移植到安全的計算機平臺上aaa。在此基礎上aaaa,還完成了擴展I/O板的驅動程序開發aaaaa,包括顯示控制計算機通信板aaaa,主備用通信板aaaa,主備用交換機通信板和電子單元通信板aaaaa。

然後aaaa,基於鐵路信號聯鎖安全計算機平臺的軟件需求aaaa,詳細介紹了基於Linux操作系統的鐵路信號計算機聯鎖系統平臺軟件設計aaaa,完成了軟件模塊的劃分aaaaa,各模塊的詳細設計aaaa。並設計了一套平臺軟件aaa,該軟件具有一系列關鍵技術aaaa,如時間同步aaaaa,任務級同步aaaaa,數據同步和比較aaa。

最後aaaa,本文充分驗證和模擬了計算機系統內核性能aaaa,底層驅動程序工作aaaaa,平臺軟件功能和安全計算機系統性能aaaaa,結果表明所設計的軟件滿足鐵路安全計算機平臺的性能和安全要求aaaaa。信號聯鎖系統aaaaa。

關鍵詞:計算機聯鎖系統;安全平臺軟件; Linux系統移植;數據同步

隨着中國鐵路運輸技術的快速發展aaaaa,鐵路運輸安全也逐步提高aaaa,對鐵路信號聯鎖控制系統的可靠性和容錯性提出了更爲嚴格的要求aaa。鐵路信號控制系統經歷了一百多年的發展aaaaa。經過幾個發展階段aaaaa,如機械聯鎖aaa,機電聯鎖和電氣集中聯鎖aaaaa,它已進入計算機聯鎖階段[1]aaaaa。因此aaa,有必要開發一種具有高可靠性和容錯性的鐵路信號計算機聯鎖系統aaa。隨着計算機技術的不斷髮展aaa,計算機聯鎖系統的安全性aaa,可靠性和容錯性是鐵路聯鎖領域最重要的新技術之一aaa。對於直接關係到駕駛安全和乘客生命財產安全的計算機系統aaaa,不僅要設計一種高可靠性和高安全性的計算機硬件結構aaaaa,還要從軟件設計中提高計算機平臺軟件的可靠性和穩定性aaaa。 aaaa。性別以及故障的自我檢測能力確保系統長時間穩定運行aaaaa。因此aaa,在鐵路信號聯鎖控制系統中aaa,穩定可靠的計算機安全平臺已成爲整個系統的重要組成部分aaaaa。

用於鐵路信號的安全計算機系統是安全關鍵系統aaa。根據歐洲鐵路EN50129aaaaa,安全完整性等級需要達到SIL(安全完整性等級)4級aaaa,即危險方面發生的概率是必需的aaaaa。 < 10-9/h的[2]aaa。爲了滿足這一要求aaaaa,需要實現從硬件冗餘安全架構設計aaaa,到操作系統選擇和優化配置aaaaa,以及底層通信板到應用層軟件開發的驅動[3]aaaa。

對於安全計算機系統的硬件架構aaaa,硬件冗餘和容錯技術是系統可靠性和安全性的最有效保證aaaaa,可防止由單個硬件故障引起的系統故障aaa。此外aaa,隔離的雙網絡通信冗餘還可確保有效的信號採集和處理以及數據輸入和輸出aaaaa。對於安全計算機系統的軟件設計aaaa,如何優化嵌入式操作系統的遷移和切割以及底層設備驅動程序基於硬件平臺的安全平臺軟件的開發和開發是軟件設計的核心aaaa。平臺軟件將爲上層應用程序開發提供服務和支持[3]aaaaa,這是確保整個信號聯鎖軟件正確有效運行的基礎aaaaa。

本文以鐵路信號計算機聯鎖系統爲應用背景aaaaa,構建了雙向二二線聯鎖安全控制計算機的硬件結構aaaaa。操作系統採用Linux嵌入式操作系統aaaaa,設計並實現了安全控制計算機平臺軟件aaaa。利用軟件任務級同步aaa,時間同步aaa,故障檢測等關鍵技術aaa,構建穩定的軟件平臺aaa,爲鐵路信號聯鎖系統的上層業務應用提供可靠的運行環境aaa。

安全的計算機平臺軟件技術緊密伴隨着安全的計算機硬件架構的發展aaaa。自20世紀50年代和60年代以來aaaa,人們開始關注和研究安全計算機系統的容錯技術aaa。在早期使用雙系統“冷備份”[4]時aaaa,系統可以冗餘容錯aaa,但是當系統出現故障時aaaaa,雙機切換需要很長時間aaa,嚴格意義上不能稱爲安全性aaa。計算機aaaa,此時aaa,安全計算機平臺軟件不具備“故障 - 安全”功能aaa。 20世紀70年代以後aaaa,人們改進了容錯方案aaaa,並將原來的“冷備份”改爲“熱備份”aaaaa。此時aaaaa,如果系統出現故障aaaaa,它可以快速切換到另一個備份系統aaa,而不會導致整個系統出現故障aaa,從而提高整個系統的可靠性aaaa。這種雙系統熱備解決方案對軟件設計和實現提出了更高的要求aaa。此時aaaa,安全計算機平臺軟件主要需要完成兩個子系統之間的主備切換功能aaaa,以確保當主系統出現故障時aaaaa,備份系統可以在指定時間內完成切換和輸出aaaaa。

在20世紀80年代早期aaaa,提出了一種硬件容錯方案aaaaa,該方案不僅具有高系統可靠性aaaa,而且具有快速的計算速度aaaaa。在採用容錯技術的高可靠性和高安全性系統中aaaaa,更常見的是採取兩個或兩個採用兩個或三個到兩個安全冗餘結構aaa,而二到二安全冗餘結構具有更高的可靠性和低硬件成本已成爲許多安全計算機系統的首選[5]aaaa。在安全冗餘架構系統中aaaa,二乘二結構由於其在安全性和可靠性方面的出色性能而被廣泛用於現有的鐵路信號設備中aaa。此時aaaaa,平臺軟件必須在同一個二二系統中具有時間同步aaaaa,數據同步和投票功能aaaaa。還需要比較兩個系統的輸出數據aaaa,以確定系統是否發生故障並診斷故障aaa。並且檢測其他系統的故障aaa,通過兩個兩個系統之間的主從切換功能aaaa,提高整個系統的可靠性aaaa,可用性aaaa,可維護性和安全性aaa。

鐵路信號計算機聯鎖安全平臺設計:

測試平臺系統結構 測試平臺系統結構

系統啓動界面 系統啓動界面

雙 CPU 同步通信測試 雙CPU同步通信測試

雙系同步通信測試 雙系統同步通信測試

雙機同步運行畫面 雙機同步運行屏幕

目 錄

摘要
摘要
1引言
1.1研究背景和意義
1.2安全計算機軟件的技術發展狀況
1.3本文件的內容和結構
2安全的計算機系統架構
2.1二乘二取兩個安全的計算機邏輯結構
2.2聯鎖安全計算機硬件架構
2.3聯鎖安全計算機軟件架構
2.4本章摘要
3 LINUX系統遷移和底層驅動程序開發
3.1嵌入式Linux系統研究
3.1.1 Linux操作系統的組成
3.1.2 Linux系統啓動過程
3.2聯鎖主機上嵌入式Linux操作系統的實現
3.2.1核心的修剪和編譯
3.2.2根文件系統的建立
3.2.3存儲設備的準備aaaaa。 2.4 Bootloader的遷移
3.3設備驅動程序開發
3.3.1 Linux設備驅動程序概述
3.3.2 CPU板驅動程序開發
3.3.3 I/O通信板驅動程序開發
3.4本章概要
4聯鎖平臺軟件功能模塊設計
4.1聯鎖平臺軟件總體框架
4.2模塊詳細設計
4.2.1初始化模塊
4.2.2聯鎖任務管理模塊
4.2.3雙CPU邏輯控制模塊
4.2.4雙系統邏輯控制模塊
4.2.5配電盤通信模塊
4.2.6電子單元通信模塊
4.2.7控制顯示通信模塊
4.2.8故障檢測模塊
4.3本章概要
5軟件測試和結果
5.1測試平臺
5.2測試結果
5.2.1 Linux系統啓動測試
5.2.2聯鎖同步和通信測試
5.2.3聯鎖系統集成測試
5. 3本章概要
6總結與展望
6.1本文的主要內容
6.2研究展望
謝謝 參考
學位期間的學術成就

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