嵌入式系统原理--嵌入式计算机联锁控制器设计

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1、嵌入式系统原理－－嵌入式计算机联锁控制器设计第八章嵌入式计算机联锁控制器设计1嵌入式系统原理－－嵌入式计算机联锁控制器设计概述控制器硬件设计控制器软件体系驱动程序开发应用软件设计2嵌入式系统原理－－嵌入式计算机联锁控制器设计本章应用嵌入式系统作为计算机联锁系统中的联锁运算控制器，完成联锁系统中的联锁运算功能的可行性实现原理。并进行了系统结构设计、软件设计及接口设计。在这章中选用三星S3C44B0X芯片（低功耗微处理器，以ARM7TDMI为内核）作为联锁控制器的微处理器，进行了功能扩展，设计了网络接口、电源模块、存储器等，并采用冗余技术，以提高系统的可靠

2、性、安全性。现行的计算机联锁系统中，有些将联锁运算程序和其他（如站场界面）置于同一计算机中，有些将联锁运算程序置于下位机（如工业控制机、PLC等）。这些计算机联锁系统，具有联锁运算机构负担重、成本太高和可靠性、安全性不高等缺点。在软件方面，经过比较，选用μC/OS－II实时操作系统和LWIP网络协议栈，开发了控制器驱动程序；实现了以双口RAM作为两个MCU之间进行数据交换，从而实现双机冗余；实现了FLASH文件系统，以便管理控制器系统中的文件等。车站铁路信号联锁系统是铁路信号领域的重要控制系统之一。当前广泛使用的是电气联锁系统又称为继电联锁系统。但随着目前计算

3、机技术的迅猛发展，计算机联锁系统正在逐步取代传统的电气联锁系统，成为车站联锁的发展方向。通过本章的学习，使读者认识和了解嵌入式系统开发的全部过程，并使读者具有开发能力。3嵌入式系统原理－－嵌入式计算机联锁控制器设计8.1概述为保证列车在车站的行车安全，信号、道岔与进路之间必须以技术手段保持一定的制约关系和操作顺序，这种制约关系和操作顺序为联锁（又称保证车站行车安全的信号系统为车站联锁系统）。随着铁路运输事业的发展和科学技术的进步，车站联锁系统已经经历了机械联锁、电气联锁两个阶段。在20世纪60年代，人们就进行过以分立元件构成故障—安全型逻辑电路并组成联锁的尝试。由

4、于性能并不理想而没有取得进展。自70年代微型处理器的出现以及容错理论和技术的完善，激励了人们以微型计算机为核心构成联锁系统的研究，并取得了成功，这标志着联锁系统的发展进入了一个新的阶段。随着计算机技术的迅猛发展，用计算机技术取代继电电路构成的联锁系统，构成计算机联锁系统。在计算机联锁系统中，联锁机构是由计算机构成。在我国，多采用工业控制用的微型计算机构成联锁机构，因此计算机联锁系统正在逐步取代传统的电气联锁系统，计算机联锁系统代表了车站联锁系统的发展方向。4嵌入式系统原理－－嵌入式计算机联锁控制器设计发展计算机联锁系统的是期望以通用的集成电路取代继电器电路，减少对继

5、电器的维护工作。后来研究与实践表明，用微型计算机构成的联锁系统，其安全程度和可靠程度都比继电联锁系统优越，而且在功能方面，除了能完成继电联锁的功能外，还可利用计算机的强有力的处理能力和快速运算的特点进一步充实和开发新功能。在经济方面，计算机联锁系统综合指标（包括设备费、用房费、设计和施工费等）也比继电联锁系统高。因此，国内外普遍认为计算机联锁系统是车站联锁系统的发展方向。在我国，对于计算机联锁系统的研制和使用已有十几年的历史了，有了一个良好的开端。目前正处于深入研究，为推广实用创造条件。5嵌入式系统原理－－嵌入式计算机联锁控制器设计计算机联锁系统，大多采用工业控制型

6、计算机作为联锁机构。虽然工业控制机具有很高的可靠性、安全性，在目前，计算机联锁系统已经进入大量推广应用阶段，并在不断完善和发展。当前的但由于使用的操作系统、硬件（如硬盘、风扇等）的可靠性、稳定性不高，导致死机或联锁故障，容易导致严重的安全事故发生。有的计算机联锁系统中，将联锁运算程序置于可靠性较高的PLC中，并采用冗余结构，实现双机冗余系统构成联锁机构。但现行的PLC中，比如AB、西门子等，价格都很贵，给系统开发和维护带来了比较大的经济压力；如使用比较低端的PLC系统，比如欧姆龙、三菱等，又不能完全实现联锁功能要求。这样就需要研究、开发一种既能满足计算机联锁系统中联

7、锁要求，又能为维护、安装带来方便的联锁控制器件，是必要的，也是可行的。由于嵌入式系统受限于功能和具体的应用环境，如实时性、体积/质量限制、安全性/可靠性等，所以，在设计时应重点考虑了以下几方面因素：6嵌入式系统原理－－嵌入式计算机联锁控制器设计●功能实用、便于升级：除满足基本联锁功能需求外，还满足通信、产品升级与功能扩展；●并发开发、及时响应：采用多任务调度技术保证系统的实时性能；●造型自然、结构紧凑：控制器外型符合联锁控制系统的环境特点，结构精简、紧凑；●接口方便、操作容易：控制器接口能够满足控制要求，并符合技术过程特点，操作过程简单；●稳定可靠、维护简便：控