基于VxWorks+QNX实时系统的异构安全计算机设计

发布时间：2021-02-06 17:01

　　轨道交通运行控制系统是保证列车运行安全的安全苛求系统。安全计算机作为系统的核心部件,在系统发生故障时,能够保障系统导向安全状态。目前安全计算机多采用同构的硬件和操作系统,面对共因失效,系统仍然存在安全风险。因此,研究异构安全计算机的设计方法具有重要的理论意义和应用价值。本文首先分析了共因失效对同构安全计算机可靠性与安全性影响,在此基础上,提出了一种软硬件均异构的安全计算机总体设计方案,并对该方案的可靠性进行了理论分析。然后,搭建了异构安全计算机硬件平台,研制了基于两种实时操作系统的底层设备驱动软件。在此基础上,重点研究了异构安全计算机平台软件的设计方法,并分别基于VxWorks和QNX实现了平台软件的编制。最后,对异构安全计算机平台进行了测试验证。本文的具体工作如下:（1）分析了同构三取二等安全计算机平台的结构及运行机理,基于马尔科夫过程建立了共因失效条件下同构安全计算机平台的可靠性与安全性模型,并分析了共因失效对同构安全计算机平台可靠性与安全性的影响。（2）借鉴现有同构三取二安全计算机的设计经验,提出了一种异构安全计算机总体设计方案,在此基础上,建立了特殊维修策略下的异构安全计算机的... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１论文结构??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｈｅｓｉｓ??结合以上研宄内容，本文各章内容安排如下：??

２．１同构安全计算机结构分析??２．１．１同构三取二安全计算机结构分析??同构三取二安全计算机系统结构如图２－１所示，系统由三模冗余方式（ＴＭＲ）??组成，遵循少数服从多数的原则。同构三取二安全计算机系统有三个功能完全相??同的子系统支路组成，每个系统支路与另外两系并行工作，同时每一个子系统支??路与其他两系隔离，任何一个支路内的单系失效，都不会传递给另外两系。所以??在维修时，对任何一系的拆卸以及更换该系支路内的失效模块都可以在系统在线??工作的情况下进行，而不需要停机，同时系统在维修完成后，可以自行重新配置??以及状态同步而进入三取二工作模式，具有较高的可靠性和安全性。??「Ａ系?｜故测Ｌ????Ｉ￣￣｜??Ｉ?」￣安全输入￣丨?Ｊ￣逻辑运算￣￣丨?」￣安全输出￣?；??单元Ａ?＿?单元Ａ?单元Ａ??Ｉ????！???ＵＭｉｉｉｉ????Ｉ???▼??

２．１．２同构二乘二取二安全计算机结构分析??同构二乘二取二安全计算机由两个功能完全相同的二取二单元组成，两个二??取二单元构成双机热备关系，其中一系为主系，另一系为备系。其结构如图２－２??所示，每一个二取二单元由两个完全独立的逻辑运算单元组成，独立的进行输入??数据的安全采集、业务逻辑运算，并定期进行状态同步。每一个二取二表决单元??在收到两个独立逻辑运算单元的运算结果时对其进行表决，如果表决一致，则此??系的输出有效。若不一致，则判定该系存在故障，系统的输出自动切换到备系。??ｒ?ＸＩ?￣?｜??ＩＪ￣安全输入￣ＩＪ￣逻辑运算￣?Ｊ￣ｆ全输出￣｜｜??｜?单元Ａ?单元Ａ?单元Ａ?￣￣｜?＿??系内通信?＾?ｉ????ｋ?安全输入?＿?逻辑运算?＿＿＾安全输出?单??（?单元Ｂ?单元Ｂ?单元Ｂ?Ｉ?元??＇—————－Ｖ－?—￣???－０－——————」４?ｋ??｝

【参考文献】：
期刊论文
[1]安全计算机技术研究和应用[J]. 李剑.  网络安全技术与应用. 2019(01)
[2]基于Zynq平台的工业控制器双机冗余方案及应用[J]. 吴波,徐卫峰,臧峰.  工业控制计算机. 2018(10)
[3]二乘二取二系统的同步表决安全机制研究[J]. 陈梅,汪月乾,张永贤,郭凯.  单片机与嵌入式系统应用. 2018(03)
[4]考虑共因失效的系统安全性评估[J]. 曹策,王鹏,白焰,唐艳梅,付亚利.  数学的实践与认识. 2017(23)
[5]基于Markov过程的二乘二取二计算机联锁系统的可靠性和安全性分析[J]. 黄鲁江,雷烨.  铁路通信信号工程技术. 2017(05)
[6]一种通用三取二安全计算机平台设计[J]. 涂娟,朱骞,张璐.  信息化研究. 2017(05)
[7]基于纯硬件电路的三余度信号表决器设计[J]. 杜永良,高亚奎.  航空科学技术. 2017(08)
[8]多模冗余可重构计算机可靠性研究[J]. 李兴伟,白博,周军.  计算机测量与控制. 2017(07)
[9]DS6-60计算机联锁技术中的信息安全技术[J]. 马卫.  电子技术与软件工程. 2016(23)
[10]计算机联锁系统中可靠冗余结构的研究[J]. 程诗佳,张丹红,戈乐,张华军.  工业控制计算机. 2016(08)

硕士论文
[1]安全计算机研究与应用[D]. 邹力棒.华东交通大学 2017
[2]城市轨道交通车载二取二平台关键技术的研究[D]. 谢刚.西南交通大学 2013
[3]基于软件表决的三模冗余星载计算机体系结构研究与设计[D]. 郭碧洲.上海交通大学 2011
[4]基于二乘二取二计算机安全平台的设计与实现[D]. 徐强.西安电子科技大学 2011
[5]面向城市轨道交通的安全计算机设计[D]. 黄涛.浙江大学 2011



本文编号：3020791