改進的鐵路信號安全計算機硬件結構設計與實現(xiàn).pdf

1、目前鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展還是沿用傳統(tǒng)的信號設計思路，基于疊加式原則對不同的控制功能增加不同的子系統(tǒng)。這導致整個鐵路信號系統(tǒng)的結構復雜，子系統(tǒng)眾多。借鑒航空電子系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)驗，從獨立式結構到IMA(Integrated ModularAvionics，綜合模塊化航電)結構，趨向綜合化、模塊化、平臺化方向發(fā)展，結構復雜的軌道交通信號系統(tǒng)也可以實現(xiàn)精簡化。而安全計算機平臺作為鐵路信號系統(tǒng)中保證系統(tǒng)安全的支撐設備，為了適應簡化的軌道交通信號系統(tǒng)的

2、需求，安全計算機平臺有必要向通用化、模塊化、平臺化方向發(fā)展。
　　本論文以軌道交通信號系統(tǒng)為背景，針對目前信號系統(tǒng)結構的缺陷，提出一套優(yōu)化的信號系統(tǒng)方案，適用于CTCS(Chinese Train Control System，中國列車運行控制系統(tǒng))和CBTC(Comunication Based Train Control，基于通信的列車控制系統(tǒng))的地面及車載信號系統(tǒng)?；谶@套優(yōu)化的信號系統(tǒng)方案，提出了以2乘2取2結構為基礎的改

3、進的通用安全計算機平臺結構。該安全計算機平臺分為邏輯處理單元、外部設備管理單元和容錯和安全管理單元(Fault Tolerant and SafetyManagement，F(xiàn)TSM)三部分。然后根據(jù)IEC61508的相關安全標準和定義，分析安全計算機平臺的硬件結構，建立平臺的可靠性框圖，使用PDS方法計算和分析安全性指標PFH(Average Frequency of a Dangerous Failure Per Hour，每小時危險

4、失效的平均頻率)，分析影響PFH值的幾個參數(shù):DC(Diagnostic Coverage，診斷覆蓋率)、FTSM冗余結構修正因子CMooN、 FTSM失效率。得出在外設個數(shù)一定的情況下，F(xiàn)TSM單板失效率應盡可能小;更復雜FTSM冗余結構對PFH減少程度有限，優(yōu)先選擇二取二(1-out-of-2，1oo2)結構;診斷覆蓋率DC對PFH影響最大，應盡可能提高診斷覆蓋率DC。
　　論文引入差異性結構設計原則與思想，采用了基于差異性結

5、構設計的邏輯處理單元、外部設備管理單元和FTSM。1oo2結構安全計算機中的一臺基于x86架構，另一臺基于PowerPC架構。1oo2結構的FTSM中一個基于ARM架構，另一個基于FPGA架構。為了保證安全計算機平臺的通信安全，提出了符合EN50129安全標準的通信協(xié)議。并且，基于分級診斷原則，采用SPAN(Switched PortAnalyzer，交換端口分析儀)監(jiān)聽技術，實現(xiàn)了外部設備管理單元通信的安全性。
　　在實驗室搭建