基于MPC5643L的强化型安全应用平台关键技术研究

发布时间：2017-10-22 06:14

  本文关键词：基于MPC5643L的强化型安全应用平台关键技术研究

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【摘要】：安全关键系统的安全可靠性关系着人们的生命财产安全。为了增强安全关键系统的安全可靠性，本文研究了多种安全应用技术，并基于Freescale的双核微控制器MPC5643L开发了一种安全应用平台。安全应用平台提高其安全可靠性的关键是冗余设计，无论是在硬件设计还是软件设计上都有冗余思想的体现。 安全应用平台选用的核心微控制器是一款性能良好的双核微控制器MPC5643L，双核冗余的架构以及芯片中以冗余为核心的安全设计使得MPC5643L具有很好安全性能。安全应用平台中微控制器采用了锁步模式运行，通过对比双核的运行结果进行故障检测并进行相应的故障处理，降低故障率，提高系统的安全性能。 安全应用平台的安全硬件设计与实现。MPC5643L是安全应用平台的核心，充分发挥其双核的优势，，安全可靠地完成系统的控制功能。在安全应用平台中设计了微控制器外部的可靠性存储器铁电RAM存储模块，可以将系统运行中的重要信息进行冗余存储，以便在可恢复性故障发生时能够将系统恢复到正常状态，提高系统的安全性能。除此之外，系统还加入了RS232、RS485、CAN、Profibus等常用工业总线接口模块、掉电检测模块、电平检测、执行器驱动、人机交互接口等，可以方便地进行相关安全应用的开发。 安全应用平台安全软件设计及实现。冗余也是软件设计及实现的核心方法。通过双核锁步模式对微控制器进行故障检测，并结合铁电RAM实现了基于检查点的回卷恢复。首先实现了裸板程序的回卷恢复，为了适应越来越复杂的功能需要，论文在嵌入式实时操作系统μC/OS-II中实现了基于检查点的回卷恢复，可以有效地实现消除部分故障，使系统恢复到正常状态。除此之外，论文还实现了系统掉电恢复、开机自检等安全功能，并通过故障注入技术对系统的安全性能进行验证。 安全应用平台在安全可靠性方面具有良好的性能，可以检测、处理多种常见的故障。安全应用平台充分地利用了双核微控制器的安全性能，并在裸板程序以及嵌入式实时操作系统μC/OS-II中实现了回卷恢复掉电恢复等故障处理功能，将系统的安全性能进行了很好的提升，除此之外安全应用平台具有多种对外接口，可以应用到汽车等多种工业控制场所。
【关键词】：冗余 安全关键系统 双核微控制器MPC5643L μC/OS-II 回卷恢复
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X913;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 主要符号对照表9-11
• 第1章 引言11-16
• 1.1 课题背景介绍11-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 选题意义和研究内容14
• 1.3.1 课题的研究意义14
• 1.3.2 课题主要内容14
• 1.4 论文结构安排14-16
• 第2章 安全应用技术研究16-23
• 2.1 系统总体概述16
• 2.2 系统失效分析16-18
• 2.3 电子控制系统可靠性架构分析18
• 2.4 安全应用标准18-20
• 2.4.1 IEC6150818-20
• 2.4.2 ISO2626220
• 2.5 提高系统可靠性的方法20-22
• 2.6 本章内容小结22-23
• 第3章 Freescale MPC5643L 安全性能介绍23-34
• 3.1 Freescale MPC5643L 概述23
• 3.2 MPC5643L 整体分析23-26
• 3.2.1 MPC5643L 架构分析23-26
• 3.3 MPC5643L 功能性安全分析26-28
• 3.3.1 MPC5643L 复制区域26
• 3.3.2 ECC 错误校验26
• 3.3.3 电压及时钟监控26-27
• 3.3.4 内置自检测功能27
• 3.3.5 故障采集和管理27-28
• 3.4 MPC5643L 的失效诊断与故障注入技术实现28-33
• 3.4.1 MPC5643L 的失效诊断实现28-29
• 3.4.2 MPC5643L 的故障注入技术实现29-33
• 3.5 本章内容小结33-34
• 第4章 安全应用平台硬件电路设计与实现34-53
• 4.1 系统硬件电路整体设计概述34
• 4.2 系统硬件电路各模块设计34-51
• 4.2.1 MPC5643L 微控制器核心电路34-36
• 4.2.2 电源模块36-38
• 4.2.3 通信接口38-44
• 4.2.4 掉电检测模块44-46
• 4.2.5 铁电 RAM 存储模块46-48
• 4.2.6 执行器驱动模块48
• 4.2.7 SPI 电平检测模块48-49
• 4.2.8 人机交互接口49-51
• 4.3 PCB 安全设计51-52
• 4.4 本章内容小结52-53
• 第5章 安全应用平台软件设计及实现53-83
• 5.1 系统软件整体概述53
• 5.2 μC/OS 介绍53-55
• 5.2.1 μC/OS-II 概述53-54
• 5.2.2 μC/OS-II 特点54-55
• 5.3 程序回卷恢复55-77
• 5.3.1 程序回卷恢复基本原理55-60
• 5.3.2 程序回卷恢复软硬件支持60-64
• 5.3.3 裸板程序检查点设置及回卷恢复设计实现64-70
• 5.3.4 μCOS-II 任务回卷恢复设计实现70-76
• 5.3.5 提高任务回卷μCOS-II 实时性改进设计方案76-77
• 5.4 掉电恢复设计及实现77-81
• 5.5 本章内容小结81-83
• 第6章 系统测试与结果分析83-88
• 6.1 系统测试83-87
• 6.1.1 铁电 RAM 存储测试84-86
• 6.1.2 掉电恢复测试86-87
• 6.1.3 故障注入技术验证平台安全性能87
• 6.2 本章内容小结87-88
• 第7章 总结与展望88-91
• 7.1 论文工作总结88-89
• 7.2 课题的展望89-91
• 参考文献91-93
• 致谢93-95
• 附录 A 安全应用平台系统实物图95-97
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈火旺,王戟,董威;高可信软件工程技术[J];电子学报;2003年S1期

2 张爱云;朱晓明;杨琛;;基于MC33972芯片的一种开关检测电路的设计及实现[J];现代车用动力;2011年03期

本文编号：1077080