CN110466564B - 基于双cpu安全架构的lkj逻辑处理单元 - Google Patents

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Abstract

本发明的LKJ逻辑处理单元，剥离了安全功能和非安全功能，逻辑处理单元集中实现核心的监控处理功能，逻辑处理单元采用双CPU的安全架构设计，实现二取二的安全处理设计，每一个CPU支持多核处理器运行，每个核处理器又支持协处理器运行，对于其中任一个CPU来说，一个核心处理器负责安全处理功能和系统框架功能，即负责数据输入输出的二取二安全处理以及与硬件之间的驱动和系统框架功能；另一个核心处理器负责LKJ的业务功能，即LKJ列车速度控制过程中的数据分析和逻辑判断等功能；两个核心处理器同时运行工作。本发明的技术优势：剥离了非安全的数据记录等功能，双CPU双核的安全架构设计。

Description

基于双CPU安全架构的LKJ逻辑处理单元
技术领域
本发明涉及列车自动控制领域，具体涉及列车运行监控系统的一种新型的安全的逻辑处理单元。
背景技术
列车运行监控系统(LKJ)是以防止列车冒进信号、运行超速和辅助司机提高操纵能力为主要目标的列车速度控制系统。列车运行的安全控制是LKJ的核心功能。随着中国铁路的大提速，以及大规模的铁路线路建设和改造，大量推行新的运行方式，运输安全控制需求大量增加，对LKJ的安全性和业务处理能力提出更高的要求。
既有的列车运行监控系统的监控主机中，由监控记录插件来实现LKJ的主要核心功能，该插件既要实现LKJ的核心监控处理功能，又要完成对列车运行状态、LKJ工作状态和司机操作信息的数据记录功能。其安全功能与非安全功能混叠在一起，仅由一个单核的CPU来实现完成，并且系统时钟最大仅为25MHz。安全功能不独立，一个CPU实现核心监控处理功能过于复杂，单核CPU处理性能较差，时钟频率限制了业务处理能力和总线的通信速率。因此对LKJ的安全性及工作性能都带来极大的风险。
综上，为了满足列车运行监控系统的安全运行以及高性能业务处理需求，解决安全功能与非安全功能混叠的问题，提高LKJ的安全性、高性能业务处理能力等。在列车运行监控系统中，需要一种新型的逻辑处理单元：通过其可以更安全的实现LKJ的核心监控处理功能，并且其业务处理性能得到了较大提高。
发明内容
本发明主要解决既有LKJ监控记录插件的安全和非安全功能混合实现，单CPU单核的非安全架构设计，以及处理性能较弱的情况。
本发明提供一种基于双CPU安全架构的LKJ逻辑处理单元，所述逻辑处理单元，剥离了安全功能和非安全功能，非安全的数据记录功能由另外的记录单元来实现，而逻辑处理单元集中实现核心的监控处理功能，
所述逻辑处理单元采用双CPU的安全架构设计，实现二取二的安全处理设计，每一个CPU支持多核处理器运行，每个核处理器又支持协处理器运行，优选地，采用双核处理器运行，用于实现不同的功能；
对于其中任一个CPU来说，一个核心处理器负责安全处理功能和系统框架功能，即负责数据输入输出的二取二安全处理以及与硬件之间的驱动和系统框架功能；另一个核心处理器负责LKJ的业务功能，即LKJ列车速度控制过程中的数据分析和逻辑判断等功能；两个核心处理器同时运行工作。
本发明的技术优势：剥离了非安全的数据记录等功能，集中实现LKJ的核心监控处理功能，双CPU双核的安全架构设计，以及高性能CPU的采用，提高了LKJ的安全性及业务处理能力和业务处理性能。
附图说明
[1]图1为既有LKJ2000监控记录记录插件结构示意图
[2]图2为LKJ新型的逻辑处理单元结构示意图
[3]图3为LKJ新型逻辑处理单元的CPU结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。以下描述内容将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
既有LKJ2000的监控记录插件，如图1所示，从功能上来说，它不仅实现核心的安全相关的监控处理功能，还实现非安全的数据记录等功能，从结构上来说，它仅有一个CPU，并且是单核的，因此它无法实现二取二的安全设计，而且它的时钟频率最大仅为25MHz，限制了它的业务处理能力和总线的通信速率。
本发明提供了一种基于双CPU安全架构的新型LKJ逻辑处理单元。本发明的逻辑处理单元，剥离了安全功能和非安全功能，非安全的数据记录功能由另外的记录单元来实现，逻辑处理单元集中实现核心的监控处理功能；逻辑处理单元采用双CPU的安全架构设计，每一个CPU支持多核处理器运行，每个核处理器支持协处理器运行，优选的，采用双核处理器运行，用于实现不同的功能，并可采用协处理器运行用于实现特殊功能，提高核心处理器的处理能力。CPU所支持的多核处理器结合协处理器运行，亦包含在本发明的保护范围之内。
下面以双核CPU为具体实施例，详细介绍本逻辑处理单元的安全结构：
如图2所示，本发明的LKJ逻辑处理单元采用双CPU的安全架构设计，实现二取二的安全处理设计，即，LKJ逻辑处理单元的待输出数据，需要先将该数据在双CPU之间进行交互，并且各自比较，比较一致后进行安全输出；LKJ逻辑处理单元的输入数据，也需要先在双CPU之间进行交互，并且各自比较，比较一致后才可以处理使用；如果比较不一致，则执行导向安全的处理。
如图3所示，本发明的LKJ逻辑处理单元的每个CPU有两个核心处理器，该两核心处理器能够在同一时间执行两条指令(即同一时间做两件事，可一样也可不一样)；可同时完成一项任务，可以处理逻辑一致(同一件事两核心一起做)，并且相互独立；并且每个核心处理器还有一个协处理器。对于一个CPU来说，一个核心处理器负责安全处理功能和系统框架功能，即负责数据输入输出的二取二安全处理以及与硬件之间的驱动和系统框架功能；另一个核心处理器负责LKJ的业务功能，即LKJ列车速度控制过程中的数据分析和逻辑判断等功能。两个核心处理器同时运行工作，每个核心的系统时钟最大时钟为200MHz，每个协处理器的系统时钟最大时钟为200MHz，因此每个CPU的系统时钟理论上最高可达800MHz。
下面以具体的业务处理结合图3，来详细描述双CPU结合双核处理器的协同工作过程，本实施例不以任何形式限制本发明。
假设现在列车前方信号机变为红灯，LKJ逻辑处理单元通过外部接口接收到该信号机的数据，再经过LKJ逻辑处理单元的硬件接口，将该信号数据分别输入至CPU1和CPU2的核心1处理器，核心1处理器通过硬件驱动和系统框架采集到该信号数据；两个CPU的核心1处理器分别将自己收到的信号数据发送给对方CPU的核心1处理器；每个CPU将自己收到的信号数据和对方CPU发来的信号数据进行一致性比较，比较一致则判断该数据可用，并通过双核通信通道，传递至核心2处理器；核心2处理器对该数据进行业务解析，识别到是信号机信息，并判断为红灯，经过一系列复杂的逻辑判断后，假设核心2处理器判断需要停车，输出制动信号。
由于两个CPU的处理逻辑一致，因此每个CPU的核心2处理器将待输出的制动信息传递给核心1处理器；两个CPU的核心1处理器分别将自身判断得到的制动信息发送给对方CPU的核心1处理器，每个CPU将自身的制动信息和对方CPU发来的制动信息进行一致性比较，比较一致后，CPU1的核心1处理器对该制动信息计算CRC，并发送给CPU2的核心1处理器(CPU2计算CRC发送给CPU1亦可)，CPU2的核心1处理器将接收到的CRC与自身的制动信息组帧后，通过系统框架及硬件驱动对外输出制动信息。
无论是数据的安全输入还是安全输出，逻辑处理单元的安全架构功能划分严谨，安全设计可靠，可以满足日益复杂的铁路运行安全和性能要求。
本逻辑处理单元剥离了安全功能和非安全功能，专注的实现核心的监控处理功能，是本发明的一大特点。安全功能和非安全功能的划分隔离，避免了过于集中的功能，不仅避免非安全功能对安全功能的干扰，还提高了核心监控处理功能的处理性能，提高了LKJ业务处理能力。
本逻辑处理单元采用双CPU的二取二的安全架构设计，是既有LKJ不具备的特点。二取二的安全设计保证了LKJ逻辑处理单元所有的输入和输出的信息都经过了两个CPU的安全比较一致，不仅可以最大限度的提升输入输出的安全性和可靠性；而且当安全比较不一致时，逻辑处理单元可以在短时间内执行导向安全的处理，保证了列车运行的安全性和可靠性。
本逻辑处理单元，优选的采用的CPU具备双核处理器、双协处理器、高系统时钟的特点，支持业务功能与安全处理功能和系统框架分开独立运行，是本发明的一大特点。核心监控处理功能的合理划分以及多处理器的独立运行，降低了软件的耦合性，增强了软件的可维护性；高性能CPU运行，提高了软件的处理能力和执行效率，缩短了系统自检和安全检查的周期，能尽快的检查出异常情况进行处理；同时每个核心还有一个同样系统时钟的协处理器，增加了软件的扩展性。
以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于双CPU安全架构的LKJ逻辑处理单元，所述逻辑处理单元，剥离了安全功能和非安全功能，非安全的数据记录功能由另外的记录单元来实现，而逻辑处理单元集中实现核心的监控处理功能，
所述逻辑处理单元采用双CPU的安全架构设计，实现二取二的安全处理设计，每一个CPU支持多核处理器运行，每个核处理器又支持协处理器运行，用于实现不同的功能；
所述逻辑处理单元的每一个CPU采用双核处理器运行；对于其中任一个CPU来说，一个核心处理器负责安全处理功能和系统框架功能，即负责数据输入输出的二取二安全处理以及与硬件之间的驱动和系统框架功能；另一个核心处理器负责LKJ的业务功能，即LKJ列车速度控制过程中的数据分析和逻辑判断的功能；两个核心处理器同时运行工作。
2.根据权利要求1所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，所述LKJ逻辑处理单元的待输出数据，需要先将该数据在双CPU之间进行交互，并且各自比较，比较一致后进行安全输出；LKJ逻辑处理单元的输入数据，也需要先在双CPU之间进行交互，并且各自比较，比较一致后才可以处理使用；如果比较不一致，则执行导向安全的处理。
3.根据权利要求2所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，LKJ逻辑处理单元通过外部接口接收到信号数据，再经过硬件接口将该信号数据分别输入至CPU1和CPU2的核心1处理器，各核心1处理器通过硬件驱动和系统框架采集到该信号数据。
4.根据权利要求3所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，两个CPU的核心1处理器分别将自己收到的该信号数据发送给对方CPU的核心1处理器，进行一致性比较，比较一致则判断该数据可用，并通过双核通信通道，传递至各核心2处理器。
5.根据权利要求4所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，各核心2处理器对该数据信息进行业务解析，识别信息及对应判断，经过逻辑判断后，确定是否输出制动信号；由于两个CPU的处理逻辑一致，因此每个CPU的核心2处理器将待输出的制动信息传递给各自的核心1处理器。
6.根据权利要求5所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，两个CPU的核心1处理器分别将自身判断得到的制动信息发送给对方CPU的核心1处理器，进行一致性比较，比较一致后，其中一核心1处理器对该制动信息计算CRC，并发送给另一核心1处理器，该另一核心1处理器将接收到的CRC与自身的制动信息组帧后，通过系统框架及硬件驱动对外输出制动信息。
7.根据权利要求1所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，CPU支持的多核处理器能结合协处理器运行，即能采用协处理器运行用于实现所述不同的功能，提高核心处理器的处理能力。
8.根据权利要求7所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，支持业务功能与安全处理功能和系统框架分开独立运行；采用的双CPU具备双核处理器、双协处理器、高系统时钟。
9.根据权利要求8所述的LKJ逻辑处理单元，其特征在于，每个核心处理器有一个同样系统时钟的协处理器，增加了软件的扩展性。
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