探索高速磁浮列车安全计算机平台设计与实现

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1、北京交通大学硕士学位论文高速磁浮列车安全计算机平台设计与实现姓名：李言申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：徐洪泽20080501摘要摘要：高速磁浮列车利用磁力使车体悬浮于轨道上，并采用直线电机推进高速运行，是现代交通技术发展的一条新途径。运行控制系统是高速磁浮列车系统的重要组成部分，是实现磁浮列车“运行指挥，安全防护"功能的安全苛求计算机控制系统。安全计算机是该系统的核心技术设备，通过增加多个运算单元作为参考，屏蔽或纠正单个运算单元出错而引起的系统故障，提高了可靠性和安全性，从根本保证了对道岔等安全苛求设备及车辆控制等安全相关操作的防护。

2、目前，安全计算机技术被少数发达国家所垄断，国内的研究还处于初级阶段，传统的安全计算机属于专用计算机，针对专用系统及用户定制硬软件，可靠性、安全性很难在实践中得到验证，兼容性、通用性比较差。本文针对目前安全计算机存在的弊端，以德国高速磁浮列车为应用背景，分析了高速磁浮列车运行控制系统及其对安全计算机功能的需求，提出了一种分布式安全计算机系统的总体设计方案，研制了系统的硬件和基础软件，搭建了三取二安全计算机平台，并完成了系统调试。论文主要研究了以下内容：第一，研究了高速磁浮列车运行控制系统结构，分析了运行控制系统各子系统及对安全计算机的基本功能、可靠性及安全

3、性的需求，并对可靠性、安全性进行量化分析。第二，基于需求分析，并针对传统安全计算机的弊端，提出了一种分布式安全计算机系统的总体设计方案，划分了功能层次结构，从保证可靠性、安全性的角度详细设计了各个功能子模块。第三，设计了安全计算机硬件的总体结构，划分并设计了独立的功能电路单元，基于先进高性能微处理器PowerPC，研制了具有丰富通信接口的主控计算机以及具有故障．安全特性的开关量输入输出单元电路等硬件设备。第四，完成了软件系统的功能分解，开发了基于嵌入式实时操作系统VxWorks的板级支持包(BSP)，重点完成了系统底层初始化程序及CAN驱动程序编制。最后

4、，搭建了分布式三取二安全计算机系统硬件平台，提出一种基于本平台的同步及表决的软件参考方案，设计了测试方案，并编制测试代码，然后完成了系统调试。关键词：高速磁浮列车；运行控制系统；安全计算机；板级支持包(BSP)；研制分类号：U292．917ABSTRACTABSTRACT：Thehigh—speedmaglevtrainwhichlevitatesformtrackbymagneticforceandmovesbylinearmotorsisanewwayformodemtransporttechnology．TheOperationControlSys

5、tem(ocs)isasignificantpartofHigh—speedMaglevSystem．Itisasafetycriticalcomputer-controlledsystemthatimplementsthefunctionsoftrainoperationcommandingandsafetyprotection．Safetycomputeristhecentraltechnologywithhighreliabilityandsecuritybyusingmulti—processingunitstoshieldorcorrectas

6、ingleunit’Serror．Thus，itcanprotectcriticalequipmentsuchasSwitchandsafetyoperationsuch弱VehicleControlradically．Atpresent,thesafetycomputertechnologyisstillmonopolizedbyfewdevelopedcountriesandthedomesticresearchisinoriginalstate．Traditionalsafetycomputerisadedicatedcomputer．Itshar

7、dwareandsoftwareismadetoorderforsinglesystemandUSer．Thus，reliability、securitycouldnotbevalidatedinpracticeandcompatibility、versatilityispoor．Aimingatthisfaultiness，theOCSanditsfunctionrequirementofsafetycomputerbasedontheapplicationoftheGermanyhigh-speedmaglevWasanalyzed．Adistrib

8、utedsystemframeWasproposed．Thehardwarean