基于TMS570的计算机联锁系统嵌入式计算平台设计与实现

摘要

铁路信号联锁系统是在铁路信号控制领域，通过对车站信号设备控制，实现保障行车安全和提高运输效率的控制系统。一般联锁系统均采用专用计算机构成联锁机的硬件设备，随着时间的推移，大型专用计算机在经济性、可维护性方面的缺陷日益显现。而新兴嵌入式技术的发展使得使用小型高安全性嵌入式芯片构建联锁设备的实现成为可能。
　　本文以TMS570芯片为核心，设计并实现了基于TMS570的联锁机硬件电路，并在其基础上实现了基于安全核理论的进路控制联锁软件逻辑，构建了仿真场景进行验证。
　　论文主要工作内容如下:
　　(1)在查阅大量资料的基础上综述了国内外联锁机软件硬件实现现状，分析了以嵌入式技术实现联锁机的重要性和必要性。
　　(2)分析了联锁机硬件接口的需求及联锁机安全完整性等级要求，通过可靠性分析方法设计了高安全性的二取二联锁机结构，并实现了基于TMS570芯片的嵌入式联锁机硬件电路板。
　　(3)使用Code Composer Studio(CCS)集成开发环境实现了基于安全核技术的进路控制安全联锁逻辑软件，通过基于拓扑学理论安全策略的构建实现联锁软件的安全保障功能。
　　(4)搭建了铁路信号联锁设备仿真测试环境，在其基础上构造了车站控制场景并对联锁机功能进行验证。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 铁路信号联锁系统研究现状

1．1．1 联锁系统概述

1．1．2 国内外联锁系统介绍

1．2 联锁系统软件硬件现状及研究意义

1．2．1 联锁系统层级结构及功能

1．2．2 联锁系统软件硬件现状及研究意义

1．3 本文研究内容及组织结构

2 基于TMS570的嵌入式联锁机的设计

2．1 联锁机需求分析

2．2 联锁系统总体硬件结构设计

2．3 联锁机芯片选型及功能设计

2．3．1 CPU芯片选型

2．3．2 联锁机功能设计

2．4 联锁系统安全性相关分析

2．4．1 联锁机单机失效率计算

2．4．2 高安全性联锁机CPU安全特性

2．4．3 联锁机安全性计算分析

2．5 硬件电路实现

2．6 本章小结

3 系统软件设计

3．1 系统软件安全设计思想

3．1．1 安全核的提出

3．1．2 联锁系统安全核结构

3．1．3 联锁系统安全核结构数据接口

3．2 通信层软件设计

3．2．1 以太网程序设计

3．2．2 CAN总线程序设计

3．3 联锁逻辑软件设计

3．3．1 进路选排模块设计

3．3．2 进路选排一致检查模块

3．3．3 进路预先锁闭模块

3．3．4 信号开放及保持模块

3．3．5 进路正常解锁模块

3．4 安全策略软件设计

3．4．1 基于拓扑学的联锁逻辑变量描述

3．4．2 安全策略理论

3．4．3 安全策略软件设计

3．5 本章小结

4 系统实现与验证

4．1 开发环境介绍

4．1．1 Code Composer Studio开发环境介绍

4．1．2 HAL Code Generator代码生成器

4．1．3 联锁系统硬件仿真环境

4．2 系统仿真测试

4．2．1 仿真测试方法

4．2．2 进路控制功能测试

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

图索引

表索引

作者简历

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