CN108243023A - 基于轨道交通的计算机平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于轨道交通的计算机平台,包括:第一主控板,其中,第一主控板通过第一工业总线分别与N个第一输入模块和N个第一输出模块相连;第一主控板通过第二工业总线分别与N个第二输入模块和N个第二输出模块相连;N个第一输入模块与N个第二输入模块为并列冗余关系;N个第一输出模块与N个第二输出模块为并列冗余关系,其中,N为正整数。通过本发明能够实现在发生输入/输出模块交叉故障时,仍能保证系统完整性,在保证系统安全性的基础上,进一步提高系统的可用性和冗余度。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通安全技术领域,尤其涉及一种基于轨道交通的计算机平台。
背景技术
在铁路信号系统中,通常由安全计算机平台采用安全的算法逻辑,实现联锁系统、列车自动控制系统(Automatic Train Protection,ATP)等系统,从而对列车进行安全控制。
目前,安全计算机平台常用的实现方式是二取二架构,以实现高可用性和安全性。二取二架构由冗余的两个系统构成,每个系统有各自的逻辑运算单元、输入/输出单元等。在每个系统内,由两个独立的中央处理器(Central Processing Unit,CPU)构成二取二表决机制,以实现故障安全的输入输出运算。
在采用二取二架构的安全计算机平台正常运行时,其中一个系统为主系,另一个系统为备系。当主系的任一输入/输出板卡出现故障时,主系的系统完整性丧失,此时需要切换到备系,实现双系的冗余切换。然而,若切换后的系统也发生板卡故障,则安全计算机平台无法完备运行。另外,为了保证二取二架构中双系的输出数据同步,备系需要定时从主系获取输入数据,利用同样的输入数据进行逻辑运算以得到与主系相同的输出数据。这会增加双系之间的通信数据量,增加系统负荷。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此,本发明提出一种基于轨道交通的计算机平台,能够实现在发生输入/输出模块交叉故障时,仍能保证系统完整性,在保证系统安全性的基础上,进一步提高系统的可用性和冗余度。
为了实现上述目的,本发明实施例提出了一种基于轨道交通的计算机平台,包括:第一主控板,其中,
第一主控板通过第一工业总线分别与N个第一输入模块和N个第一输出模块相连;
第一主控板通过第二工业总线分别与N个第二输入模块和N个第二输出模块相连;
N个第一输入模块与N个第二输入模块为并列冗余关系;
N个第一输出模块与N个第二输出模块为并列冗余关系,其中,N为正整数。
本发明实施例提出的基于轨道交通的计算机平台,通过设置第一主控板,第一主控板通过第一工业总线分别与N个第一输入模块和N个第一输出模块相连,通过第二工业总线分别与N个第二输入模块和N个第二输出模块相连,并将N个第一输入模块与N个第二输入模块、N个第一输出模块与N个第二输出模块设置为并列冗余关系。由此,能够实现在发生输入/输出模块交叉故障时,仍能保证系统完整性,在保证系统安全性的基础上,进一步提高系统的可用性和冗余度。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本发明一实施例提出的基于轨道交通的计算机平台的架构图;
图2是本发明另一实施例提出的基于轨道交通的计算机平台的架构图;
图3是双系通信机制示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。相反,本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本发明一实施例提出的基于轨道交通的计算机平台的架构图。
如图1所示,该基于轨道交通的计算机平台包括:第一主控板10。其中,
第一主控板10通过第一工业总线20分别与N个第一输入模块30和N个第一输出模块40相连。
第一主控板10通过第二工业总线50分别与N个第二输入模块60和N个第二输出模块70相连。
N个第一输入模块30与N个第二输入模块60为并列冗余关系。
N个第一输出模块40与N个第二输出模块70为并列冗余关系。
其中,N为正整数。
具体地,第一主控板10、第一输入模块30、第二输入模块60、第一输出模块40和第二输出模块70均采用二取二的双CPU(Central Processing Unit,中央处理器)架构。
如图1所示,第一主控板10包括第一CPU101和第二CPU102,第一CPU101与第一工业总线20相连,第二CPU102与第二工业总线50相连。
每个第一输入模块30包括第一CPU301和第二CPU302,每个第一CPU301与第一工业总线20相连,实现与第一主控板10之间的通信。
每个第一输出模块40包括第一CPU401和第二CPU402,每个第一CPU401与第一工业总线20相连,实现与第一主控板10之间的通信。
每个第二输入模块60包括第一CPU601和第二CPU602,每个第一CPU601与第二工业总线50相连,实现与第一主控板10之间的通信。
每个第二输出模块70包括第一CPU701和第二CPU702,每个第一CPU701与第二工业总线50相连,实现与第一主控板10之间的通信。
第一工业总线20和第二工业总线50为控制器局域网网络(Controller AreaNetwork,CAN)总线或Profibus总线,用于安全数据通信,并接收外部安全继电器的接点状态,发送外部安全继电器的驱动命令。
第一工业总线20和第二工业总线50之间为冗余关系,具有相同的通信机制,以使第一输出模块40和第二输出模块70为并列输出关系,保证了在单个模块故障的情况下,系统的正常输出不受影响。
举例而言,假设N为10,即该基于轨道交通的计算机平台包括10个第一输出40,10个第一输入模块30,10个第二输入模块60,以及10个第二输出模块70。第一主控板10通过第一工业总线20与第一输出模块40中的其中一个输出模块进行通信,比如,第一主控板10与第3个第一输出模块40进行通信。第一主控板10向第3个第一输出模块40的第一CPU401发送报文,该第一CPU401收到第一主控板10发送的报文后,首先将该报文转发给处于同一输出模块的第二CPU402。第一CPU401和第二CPU402分别对该报文进行安全协议解析,并交换解析后的数据进行二取二表决,在表决一致后将数据输出。之后,第一CPU401向第一主控板10发送回复报文。第一主控板10接收到第一CPU401的回复报文后,此次通信结束。若第一主控板10在一定时间内未收到第3个第一输出模块40的第一CPU401的回复报文,则第一主控板10认为第3个第一输出模块40故障,继续将此次通信的报文发送给其他输出模块。比如,第一主控板10可以通过第一工业总线20将报文发送给剩余的9个第一输出模块40中的一个,也可以通过第二工业总线50将报文发送给10个第二输出模块70中的任一个。本实施例的基于轨道交通的计算机平台,通过将多个输入/输出模块设置为独立于主控板之外,在输入/输出模块发生交叉故障时,仍能保证系统完整性,提高了系统的可用性。
本发明实施例的基于轨道交通的计算机平台,通过设置第一主控板,第一主控板通过第一工业总线分别与N个第一输入模块和N个第一输出模块相连,通过第二工业总线分别与N个第二输入模块和N个第二输出模块相连,并将N个第一输入模块与N个第二输入模块、N个第一输出模块与N个第二输出模块设置为并列冗余关系。由此,能够实现在发生输入/输出模块交叉故障时,仍能保证系统完整性,在保证系统安全性的基础上,进一步提高系统的可用性和冗余度。
图2是本发明另一实施例提出的基于轨道交通的计算机平台的架构图。
如图2所示,该基于轨道交通的计算机平台,还包括:第二主控板80,以及互锁继电器90。其中,
第二主控板80与第一主控板10通过互锁继电器90相连。
第二主控板80包括第一CPU801和第二CPU802。
互锁继电器90用于确定第一主控板10和第二主控板80之间的主备关系。
第一主控板10与第二主控板80数据同步。具体地,第一主控板10与第二主控板80通过通信链路保证第一主控板10与第二主控板80之间的数据重构,实现数据同步。
如图2所示,N个第一输入模块30通过第一工业总线20向第一主控板10和第二主控板80发送数据;N个第二输入模块60通过第二工业总线50向第一主控板10和第二主控板80发送数据。
N个第一输出模块40通过第一工业总线20接收第一主控板10或第二主控板80发送的数据;N个第二输出模块70通过第二工业总线50接收第一主控板10或第二主控板80发送的数据。
具体地,每个第一输入模块30包括第一CPU301和第二CPU302,每个第一CPU301与第一工业总线20相连,实现与第一主控板10和第二主控板80之间的通信。
每个第一输出模块40包括第一CPU401和第二CPU402,每个第一CPU401与第一工业总线20相连,实现与第一主控板10和第二主控板80之间的通信。
每个第二输入模块60包括第一CPU601和第二CPU602,每个第一CPU601与第二工业总线50相连,实现与第一主控板10和第二主控板80之间的通信。
每个第二输出模块70包括第一CPU701和第二CPU702,每个第一CPU701与第二工业总线50相连,实现与第一主控板10和第二主控板80之间的通信。
图3是双系通信机制示意图。
如图3所示,当第一主控板10为主系、第二主控板80为备系时,第一主控板10接收N个第一输入模块30和N个第二输入模块60的数据,并向N个第一输出模块40和N个第二输出模块70发送数据。此时,第二主控板80只接收第一输入模块30、第一输出模块40、第二输入模块60和第二输出模块70的数据,而不发送任何数据。当作为主系的第一主控板10发生故障时,互锁继电器90重新确定第一主控板10和第二主控板80的主备关系,将第二主控板80升级为主系,第一主控板10降级为备系。此时,升级为主系的第二主控板80开始向N个第一输出模块40和N个第二输出模块70发送数据,并接收N个第一输入模块30和N个第二输入模块60的数据;而降级为备系的第一主控板10开始侦听总线,仅接收第一输入模块30、第一输出模块40、第二输入模块60和第二输出模块70的数据,而不发送任何数据。
以第一主控板10通过第一工业总线20与第一输出模块40中的其中一个输出模块进行通信为例,比如,第一主控板10与第m个第一输出模块40进行通信,其中,m为正整数,m不大于N。第一主控板10向第m个第一输出模块40的第一CPU401发送一个报文,第m个第一输出模块40的第一CPU401接收到该报文后,将该报文转发给第m个第一输出模块40的第二CPU402。接着,第m个第一输出模块40的第一CPU401和第二CPU402各自进行安全协议解析,并交换解析后的数据进行二取二表决,表决一致后将结果输出。第m个第一输出模块40的第一CPU401向第一主控板10发送回复报文,同时,第二主控板80也接收第m个第一输出模块40的第一CPU401的回复报文。
第一主控板10与第二主控板80通过通信链路进行周期性的数据同步,当第一主控板10发生故障时,第二主控板80升级为主系,第一主控板10降为备系,再次进行数据收发,此时,第二主控板80发送的报文应保证与第一主控板10发生故障时的报文一致。
本实施例的基于轨道交通的计算机平台,通过将多个输入/输出模块设置为独立于主控板之外,在输入/输出模块发生交叉故障时,仍能保证系统完整性,降低了主控板之间切换的可能性,提高了系统的可用性。
需要说明的是,第一输入模块30、第二输入模块60和第二输出模块70的通信机制与前述第一主控板10和第一输出模块40进行通信的通信机制原理相同,此处不再赘述。
本发明实施例的基于轨道交通的计算机平台,通过将第一主控板和第二主控板通过互锁继电器相连,通过互锁继电器确定第一主控板和第二主控板之间的主备关系,能够在一个主控板发生故障的情况下,通过互锁继电器实现主备系统的切换,进一步提高系统的可用性。另外,由于第一主控板和第二主控板能够同时得到并列第一输入模块和第二输入模块的数据,避免了备系从主系获取输入数据的过程,减少了主备系统之间的数据交互,降低了系统负荷,提高了通信效率。
需要说明的是,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,包括:
第一主控板,所述第一主控板通过第一工业总线分别与N个第一输入模块和N个第一输出模块相连;
所述第一主控板通过第二工业总线分别与N个第二输入模块和N个第二输出模块相连;
所述N个第一输入模块与所述N个第二输入模块为并列冗余关系;
所述N个第一输出模块与所述N个第二输出模块为并列冗余关系,其中,N为正整数。
2.如权利要求1所述的基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,所述第一主控板、所述第一输入模块、所述第二输入模块、所述第一输出模块和所述第二输出模块均采用二取二的双CPU架构。
3.如权利要求2所述的基于轨道交通的计算机平台,所述第一主控板包括第一CPU和第二CPU,所述第一CPU与所述第一工业总线相连,所述第二CPU与所述第二工业总线相连。
4.如权利要求1所述的基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,所述计算机平台还包括:
第二主控板,所述第二主控板与所述第一主控板通过互锁继电器相连;
所述互锁继电器,所述互锁继电器用于确定所述第一主控板和所述第二主控板之间的主备关系。
5.如权利要求4所述的基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,所述第一主控板与所述第二主控板数据同步。
6.如权利要求4所述的基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,所述N个第一输入模块通过所述第一工业总线向所述第一主控板和所述第二主控板发送数据,所述N个第二输入模块通过所述第二工业总线向所述第一主控板和所述第二主控板发送数据。
7.如权利要求4所述的基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,所述N个第一输出模块通过所述第一工业总线接收所述第一主控板或所述第二主控板发送的数据,所述N个第二输出模块通过所述第二工业总线接收所述第一主控板或所述第二主控板发送的数据。
8.如权利要求1所述的基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,所述第一工业总线和所述第二工业总线之间为冗余关系。
9.如权利要求1-8任一项所述的基于轨道交通的计算机平台,其特征在于,所述第一工业总线和所述第二工业总线为CAN总线或Profibus总线。
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