改進(jìn)的鐵路信號(hào)安全計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、目前鐵路信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展還是沿用傳統(tǒng)的信號(hào)設(shè)計(jì)思路，基于疊加式原則對(duì)不同的控制功能增加不同的子系統(tǒng)。這導(dǎo)致整個(gè)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，子系統(tǒng)眾多。借鑒航空電子系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，從獨(dú)立式結(jié)構(gòu)到IMA(Integrated ModularAvionics，綜合模塊化航電)結(jié)構(gòu)，趨向綜合化、模塊化、平臺(tái)化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)化。而安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)作為鐵路信號(hào)系統(tǒng)中保證系統(tǒng)安全的支撐設(shè)備，為了適應(yīng)簡(jiǎn)化的軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的

2、需求，安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)有必要向通用化、模塊化、平臺(tái)化方向發(fā)展。
　　本論文以軌道交通信號(hào)系統(tǒng)為背景，針對(duì)目前信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺陷，提出一套優(yōu)化的信號(hào)系統(tǒng)方案，適用于CTCS(Chinese Train Control System，中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng))和CBTC(Comunication Based Train Control，基于通信的列車(chē)控制系統(tǒng))的地面及車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)?；谶@套優(yōu)化的信號(hào)系統(tǒng)方案，提出了以2乘2取2結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的改

3、進(jìn)的通用安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)結(jié)構(gòu)。該安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)分為邏輯處理單元、外部設(shè)備管理單元和容錯(cuò)和安全管理單元(Fault Tolerant and SafetyManagement，F(xiàn)TSM)三部分。然后根據(jù)IEC61508的相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)和定義，分析安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)，建立平臺(tái)的可靠性框圖，使用PDS方法計(jì)算和分析安全性指標(biāo)PFH(Average Frequency of a Dangerous Failure Per Hour，每小時(shí)危險(xiǎn)

4、失效的平均頻率)，分析影響PFH值的幾個(gè)參數(shù):DC(Diagnostic Coverage，診斷覆蓋率)、FTSM冗余結(jié)構(gòu)修正因子CMooN、 FTSM失效率。得出在外設(shè)個(gè)數(shù)一定的情況下，F(xiàn)TSM單板失效率應(yīng)盡可能小;更復(fù)雜FTSM冗余結(jié)構(gòu)對(duì)PFH減少程度有限，優(yōu)先選擇二取二(1-out-of-2，1oo2)結(jié)構(gòu);診斷覆蓋率DC對(duì)PFH影響最大，應(yīng)盡可能提高診斷覆蓋率DC。
　　論文引入差異性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與思想，采用了基于差異性結(jié)

5、構(gòu)設(shè)計(jì)的邏輯處理單元、外部設(shè)備管理單元和FTSM。1oo2結(jié)構(gòu)安全計(jì)算機(jī)中的一臺(tái)基于x86架構(gòu)，另一臺(tái)基于PowerPC架構(gòu)。1oo2結(jié)構(gòu)的FTSM中一個(gè)基于ARM架構(gòu)，另一個(gè)基于FPGA架構(gòu)。為了保證安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的通信安全，提出了符合EN50129安全標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。并且，基于分級(jí)診斷原則，采用SPAN(Switched PortAnalyzer，交換端口分析儀)監(jiān)聽(tīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了外部設(shè)備管理單元通信的安全性。
　　在實(shí)驗(yàn)室搭建