基于2乘2取2架构的QJK安全平台的仿真设计与实现

摘要

区间综合监控系统(QJK)自问世以来，凭借自身优秀的性能，成本低、可靠性高等众多优势，发展迅猛，在全国各路局应用十分广泛。区间综合监控系统作为信号设备，具备控车功能，对其自身的安全可靠性要求极为严格。本设计实现的基于二乘二取二QJK安全平台仿真软件，能更好地测试QJK应用软件，及其配置数据，保障QJK应用软件和配置数据的安全可靠性。　　QJK的底层平台采用的是基于二乘二取二架构的安全计算机平台，现有的QJK仿真软件没有对该底层平台进行仿真实现，导致无法对QJK的接口功能进行测试。本设计专门针对QJK测试工作，对其底层平台进行了仿真实现，并添加了故障注入功能，能够人为制造故障，进行针对性的测试工作。　　本设计中的基于二乘二取二QJK安全平台仿真软件，是在QtCreator4.2.1平台，采用面向对象语言c++开发实现的。该平台仿真实现了二乘二取二架构，包括系间同步、系内同步、主备状态判决、数据重构等功能，其中仿真软件的通信协议参考了FSFB/2协议，保障通信功能的安全可靠性，通信功能通过Qt的信号槽机制以及全局变量缓存区来实现；仿真软件中添加了故障注入功能，包括通信故障注入、内存故障注入、电源故障注入功能，便于用户测试工作；并使用QtWidget实现了界面功能，为用户实时展示平台内部的运行情况，并能从交互界面对仿真软件进行参数设置，控制仿真软件运行。　　最后，本文对仿真软件进行了功能测试。测试结果证明，本设计中的QJK安全平台仿真软件实现了二乘二取二架构，故障注入功能，以及交互界面功能，满足了其功能需求。本设计中的仿真软件实现了QJK底层平台的二乘二取二功能，能够对QJK的接口功能进行测试，并通过故障注入功能，检验QJK应用软件在两系采集不一致时的运行状况，是否符合故障安全原则。用户还可以通过故障注入功能，按照用户的意愿，人为制造某些特定的故障。比如通信过程中发生了通信延时、报文内容在传输过程中因故障而被修改；应用软件的内存区发生故障，关键数据被修改，包括系间同步比较数据，系内同步比较数据，重构数据等；还可以模拟CPU电源发生故障等情景。通过故障注入功能，能更全面更便捷地测试QJK应用软件及其配置数据的安全可靠性，为列车的安全运行提供保障，除此之外，本设计的仿真软件还能应用于培训教学、产品演示。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 区间综合监控系统研究现状

1.2.2 区间综合监控系统仿真软件研究现状

1.2.3 二乘二取二架构的研究现状

1.3 论文研究内容及论文框架

1.4 本章小结

第2章 QJK 安全平台仿真软件需求分析

2.1 QJK安全平台仿真软件系统概述

2.2 仿真软件功能需求分析

2.2.1 二乘二取二功能需求分析

2.2.2 故障注入功能需求分析

2.2.3 仿真软件界面功能需求分析

2.3 本章小结

第3章二乘二取二功能设计与实现

3.1 系内CPU同步功能的模拟

3.1.1 系内同步配置数据初始化

3.1.2 本地系内同步数据比较字计算

3.1.3 生成系内同步数据包

3.1.4邻端系内同步数据比较字计算

3.1.5 系内同步运算设计与实现

3.2 系间同步功能的模拟

3.2.1 系间同步类的成员结构

3.2.2 双系热备模块初始化函数

3.2.3 系间同步本地比较校验字计算方法实现

3.2.4 系间同步报文发送与接收功能实现

3.2.5 系间同步的模拟

3.2.6 主备系切换功能实现

3.3 通信功能模块实现

3.3.1 通信模块设计

3.3.2 通信报文设计

3.3.3 CRC校验值算法实现

3.3.4 CRCM校验算法实现

3.3.5 TSD 帧解析功能实现

3.3.6 基础运算函数方法实现

3.4 本章小结

第4章界面与故障注入功能实现

4.1 交互界面功能设计与实现

4.1.1 主界面设计与实现

4.1.2故障注入界面设计与实现

4.2 故障注入功能实现

4.2.1 内存故障注入功能设计与实现

4.2.2 通信故障注入功能设计与实现

4.2.3 电源故障注入功能设计与实现

4.3 本章小结

第5章系统仿真测试

5.1.1 主界面功能测试

5.1.2 通信故障注入界面测试

5.1.3 内存故障注入界面测试

5.1.4 电源故障注入界面测试

5.2 二乘二取二与故障注入功能测试

5.2.1 通信故障注入功能测试

5.2.2 内存故障注入功能测试

5.2.3 电源故障注入功能测试

5.3 本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文