CN111027101A

CN111027101A - 一种运行周期可灵活分配的安全计算机平台

Info

Publication number: CN111027101A
Application number: CN201911307287.1A
Authority: CN
Inventors: 李晓贞; 胡明杰; 潘阅
Original assignee: Beijing Jiaoda Signal Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Jiaoda Signal Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: CN111027101B

Abstract

本发明的安全计算机平台，系统工作分为初始化阶段和运行阶段；初始化阶段由平台软件独立完成，运行阶段由平台软件与应用软件共同完成，平台软件完成输入处理、输出处理、系统同步处理，应用软件完成应用业务处理操作；在运行阶段平台软件和应用软件分时段处理各自任务，在平台运行阶段的每个系统运行周期T，通常包括t1‑t4时间片，利用应用业务场景标识来识别具体的应用业务场景，并调整运行阶段下各时间片t1‑t4的时长。本发明的技术优势：通过识别应用场景标识，对系统运行周期T，以及应用软件和平台软件的各处理阶段的运行时间的灵活分配，极大的提高了安全计算机平台的运行效率，并且可灵活配置的系统运行处理过程。

Description

一种运行周期可灵活分配的安全计算机平台

技术领域

本发明涉及铁路信号领域，具体涉及一种安全计算机平台，其可对系统运行时间中平台软件和应用软件时间进行动态调整，具备运行周期可灵活分配的特点，能够更好的提高平台系统的运行效率。

背景技术

随着铁路运输事业的发展，铁路信号领域的安全设备不断更新完善。信息化时代，计算机和网络技术得到快速的普及和应用，安全计算机平台被用在越来越多的，对安全要求比较严格的领域和行业。在铁路信号领域，安全计算机对保障信号的可靠高效的传输发挥着极其重要的作用。

一般来说，安全计算机平台软件可分为应用软件和平台软件，在铁路信号领域，既有的安全计算机平台系统分配给应用软件的处理时间，需考虑其最大业务量的情况下所需时长，常常按固定时间分配。但某些场景下，应用任务简单，所需时间较短，未充分考虑应用软件不同场景下的特殊需求，导致资源浪费、业务整体完成的时间过长。

例如，在存储数据升级的场景下，应用软件会暂停其他业务，仅执行数据升级业务。应用软件对需要升级的数据进行处理(如校验和分配)，而后交由平台软件完成对存储器件的读写操作。此种情况下应用软件所需时间较一般业务量的情况下要少，而平台软件操作存储器件所需时间较一般业务量的情况下要长，如仍按固定时间进行分配，每个系统运行周期中，部分时间被浪费，单个周期能完成操作的存储数据较少，导致升级任务耗时较长。

因此，为了满足日益复杂的铁路应用需求，提高铁路安全计算机平台的运行效率和提高系统资源的利用率。需要一种具备运行周期可灵活分配的，即可动态调整平台软件和应用软件的处理时间的安全计算机平台，其提高了系统运行周期中时间的利用效率，从而提高了对不同业务处理的速度。

发明内容

本发明旨在根据应用软件运行场景，对系统运行时间中平台软件和应用软件时间进行动态调整，提高运行效率，解决固定运行周期的安全计算机平台带来的资源浪费，业务处理完成时间长，时间效率利用率低的问题。

本发明提供了一种运行周期可灵活分配的安全计算机平台，包含平台软件和应用软件；

平台软件运行于平台硬件之上，负责数据采集、输出执行、安全比较、系统同步任务；应用软件运行于平台硬件之上，负责根据自身业务特性，对平台软件提供的采集数据进行使用，并向平台软件提供需要向外设输出的应用数据；

系统工作分为初始化阶段和运行阶段；初始化阶段由平台软件独立完成，对平台进行自检、主备机识别等工作；运行阶段由平台软件与应用软件共同完成，平台软件完成输入处理、输出处理、系统同步处理，应用软件完成与自身特性相关的业务处理，也即应用业务处理操作；

在运行阶段平台软件和应用软件分时段处理各自任务，在平台运行阶段的每个系统运行周期T，通常包括t1-t4时间片，其中，时间片任务调度由平台软件来实现完成：

时间片t1，由平台软件独占，完成输入处理操作；

时间片t2，由应用软件独占，完成应用业务处理操作；

时间片t3，由平台软件独占，完成输出处理操作；

时间片t4，由平台软件独占，完成系统同步处理操作；

应用软件在不同的业务场景下完成的任务不同，平台软件和应用软件各自的耗时也不同，所述业务场景通常包括应用初始化场景、应用运行场景、应用配置场景，利用应用业务场景标识来识别具体的应用业务场景，应用软件在系统第一个运行周期的t2时间片完成业务处理时，除输出数据外，也向平台软件提供应用业务场景标识，所述平台软件依据原有场景继续完成本次系统运行周期下剩余任务的执行，在下一系统运行周期开始时，先判断上周期所得应用业务场景标识，并调整运行阶段下各时间片t1-t4的时长。

本发明的技术优势：运行周期可灵活分配的安全计算机平台，通过识别应用场景标识，对系统运行周期T，以及应用软件和平台软件的各处理阶段的运行时间的灵活分配，极大的提高了安全计算机平台的运行效率，提高了系统资源的利用率。并且，可灵活配置的系统运行处理过程，使得平台软件的处理过程和架构可根据实际应用，采取最优的方式来实现，提高了平台软件的运行效率和执行效果。

附图说明

[1]图1安全计算机平台系统初始化阶段运行示例

[2]图2安全计算机平台系统运行阶段示例

[3]图3平台软件的输入处理-集中处理式

[4]图4平台软件的输入处理-分散处理式

[5]图5运行阶段的系统运行时间时间片t1-t4分配示意图

[6]图6运行阶段的可灵活分配的系统运行周期的示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

一般来说，安全计算机平台系统包含平台软件和应用软件；平台软件运行于平台硬件之上，包括但不限于：数据采集、输出执行、安全比较、系统同步等任务；应用软件运行于平台硬件之上，负责根据自身业务特性，对平台软件提供的采集数据进行使用，并向平台软件提供需要向外设输出的应用数据。

平台软件与应用软件在安全计算机平台系统下的工作方式说明如下。

系统工作可分为初始化阶段和运行阶段。图1和图2为安全计算机平台系统初始化阶段和运行阶段的一种实施例，旨在初始化阶段和运行阶段下，提供对平台软件和应用软件运行的理解，不以任何形式限制本发明。

图1中，初始化阶段由平台软件独立完成，对平台进行自检、主备机识别等工作。图2中，运行阶段由平台软件与应用软件共同完成，平台软件完成输入处理、输出处理、系统同步处理，应用软件完成与自身特性相关的业务处理。

下面详细说明运行阶段四个重要的处理过程，即平台软件的输入处理、应用软件的的业务处理、平台软件的输出处理、平台软件的系统同步处理。

平台软件的输入处理：平台在输入数据处理阶段准备好应用处理所需要的数据。一般来说，输入数据处理阶段完成数据获取、安全处理、数据同步等处理，且可以根据运行需求调整或增加其他处理过程(如数据交互、数据冗余等)。数据获取，是指平台的主备机均对输入数据进行获取，获取的数据包括但不限于：信号数据(如数字量信号、模拟量信号、频率量信号等)、通信数据(如以太网数据、CAN数据、串口数据等)、存储数据(如平台上flash、F-RAM等存储器件的读取结果)；安全处理，常用的安全处理方式有二取二、三取二、待反馈检查的二取二等方式，此处以二取二为例介绍安全处理过程：主备机的一个CPU从内部通信接口获得数据，并通过二取二通信接口转发给本机的另一个CPU，主备机的CPU1和CPU2分别对数据进行协议解析，并对解析的结果进行比较；如果解析结果比较一致，则将数据进行使用；如果比较不一致，则主机转入故障状态。数据同步，是指对主备机采集的数据进行同步处理，确保主备机提供给各自应用软件的数据是一致的。

对于平台软件的输入处理阶段所要完成的任务，具体实现可有不同方案，下面列举两种常用的处理方式，列举不以任何形式限制本发明。如图3集中处理式：先完成所有数据的获取，其中包含采集、接收、存储等操作，再统一进行安全处理、数据同步，或如图4分散处理式：针对各项输入数据，分别进行获取、安全处理、数据同步。

应用软件的业务处理：本阶段由应用软件独占，完成其业务处理，包括但不限制于：业务计算和控制、与其他设备通信的组织、应用数据读写指令的组织等。应用软件在不同的业务场景完成的任务不同，在铁路信号行业，例如：应用初始化场景，完成与其他设备通信建链、应用数据的读取(例如线路数据、揭示数据等)；应用运行场景：完成一般业务的处理(例如与其他设备通信维护、曲线计算、制动缓解判断等)；应用配置场景：完成应用数据的更新(例如更新线路数据、揭示数据等)。

平台软件的输出处理：平台在输出数据处理阶段根据应用软件提供的输出数据和指令。一般来说，输出处理阶段完成数据输出、应用同步、存储处理等处理，同样可根据运用需求调整或增加其他处理。数据输出，是指平台软件对应用软件提供的输出数据进行安全处理(如比较表决)后，执行信号的输出，输出数据包括但不限制于：信号数据(如数字量信号、模拟量信号、频率量信号等)，通信数据(如以太网数据、CAN数据、串口数据等)；应用同步，是指对于主备机间应用软件需要进行同步的数据进行处理，发送给主备机对方；存储处理，是指根据应用软件的存储操作指令(即应用数据读取/写入指令)，执行对平台上存储器件(如flash、F-RAM等)的读写操作，其中，读取操作，完成读取后对回读数据进行安全处理，写入操作，写入后回读判断写入是否成功。

对于平台软件的输出处理阶段所要完成的任务，具体实现也可有不同方案，与输入处理阶段类似，例如集中处理、分散处理等，此处不再累述。

平台软件的系统同步处理：一般来说，平台软件执行系内各单元板卡内同步、双系同步、板卡间同步等任务，同样，可根据运用需求灵活调整或增加所需的任务。板卡内同步，指主备机各自的主控板内双CPU同步；双系同步，指主备机之间的主控板同步；板卡间同步，指主备机各自的执行板与主控板之间的同步。

下面详细介绍在运行阶段下，系统运行时间是如何分配的。根据运行阶段的工作分配，平台软件和应用软件分时段处理各自任务。图5是运行阶段系统运行时间分配示意图，在平台运行阶段的每个系统周期T，通常包括t1-t4时间片，其中的时间片任务调度由平台软件来实现完成。

时间片t1，由平台软件独占，完成输入处理操作，负责对输入数据的采集、安全处理等，并可将处理所得数据提供给应用软件；

时间片t2，由应用软件独占，完成应用业务处理操作，使用t1阶段平台软件提供的数据完成业务处理，并将需要输出的数据/信号提供给平台软件；

时间片t3，由平台软件独占，完成输出处理操作，对t2阶段平台软件需输出的数据/信号进行安全处理，并执行输出；

时间片t4，由平台软件独占，完成系统同步操作，对二乘二安全平台的主备系间及系内进行时间及运行状态同步等工作。

下面结合一个具体的实施例对本发进行运行周期灵活分配方法的说明。以下实施例中根据铁路信号领域的安全计算机平台，提供了运行周期灵活分配的方法，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。

应用软件在不同的业务场景下完成的任务不同，平台软件和应用软件各自的耗时也不同。下面详细分析几种常用的铁路信号行业的应用业务场景，应用软件和平台软件的运行耗时情况。

应用初始化场景，主要完成与其他设备通信建链、应用数据的读取(例如线路数据、揭示数据等)。应用软件，通信数据量少，组织工作量少，应用数据读取指令的组织工作量小，分析结论：耗时短；平台软件，通信收发操作少，存储器件操作多，分析结论：耗时长。

应用运行场景：主要完成一般业务的处理(例如与其他设备通信维护、曲线计算、制动缓解判断等)。应用软件，通信数据量大，组织工作量多，信号数据量大，组织工作多，业务计算、控制等工作量大，分析结论：耗时长；平台软件，通信收发操作多，信号入出操作多，存储器件操作少，分析结论：耗时短。

应用配置场景：主要完成应用数据的更新(例如更新线路数据、揭示数据等)。应用软件，通信数据量少，组织工作量少，应用数据写入指令的组织工作量小，分析结论：耗时短；平台软件，通信收发操作少，存储器件操作多，分析结论：耗时长。

根据上述分析可知，不同业务场景下平台软件和应用软件各自对处理时间的需求量不同，如各时间段按固定数值划分，会导致资源浪费、业务整体完成所需时间长等问题。本发明提供的运行周期可灵活分配的方法，可以解决该问题，具体方法如下：利用应用业务场景标识来识别具体的应用业务场景(如应用初始化场景、应用运行场景、应用配置场景等)；应用软件在t2时间段(t2时间片)完成业务处理时，除输出数据外，也向平台软件提供应用业务场景标识；平台软件依据原有场景继续完成本次系统运行周期T下剩余任务的执行；在下一系统运行周期开始时，先判断上周期所得应用业务场景标识，调整运行阶段下各时间分片(t1～t4)的时长。

图6说明了利用应用业务场景标识来灵活分配运行周期的过程，详细说明如下：

初始化阶段——启机：此阶段平台软件独占，完成系统初始化及自检等工作，初始化正常时转入运行阶段；

运行阶段——第一个系统运行周期：此时平台软件保存的应用业务场景标识为“默认场景”。默认场景下，第一个系统运行周期中各时段按默认值分配；分配给应用软件的t2默认值，满足其最大业务量的情况下所需时长；本周期应用软件完成处理后，将自身应用业务场景标识“场景A”提供给平台软件。

运行阶段——第二个系统运行周期：平台软件在本周期开始处，分析应用因为场景标识，根据“场景A”调整各时段时间长度；本周期各分段按“场景A”时长t1A～t4A执行；本周期应用软件完成处理后，将自身应用业务场景(如场景X)标识提供给平台软件，以供下一个系统运行周期用于分配运行时间。

运行阶段——第n个系统运行周期：在本周期开始处，分析应用业务场景标识，根据上一个运行周期T提供的“场景X”调整各时段时间长度，其他过程，同运行阶段——第二个系统运行周期，不再累述。

如果想更加灵活的进行运行时间分配，还可以根据应用场景标识，调整系统运行周期T的数值，并重新分配t1～t4的时长，此处不再累述。

本发明中的安全计算机平台，可动态分配平台和应用软件运行时间，提高了系统运行周期中时间的利用效率，从而提高了对不同业务处理的速度。

本发明与现有技术的关键不同处在于：

1.可灵活且动态分配运行周期的安全计算机平台，是既有产品不具备的特点。与既有固定的运行周期不同，本发明的运行周期可根据应用业务场景周期性进行识别，不仅能动态调整系统运行周期T，还可以动态的调整应用软件和平台软件的各处理阶段的运行时间长度t1～t4。根据应用业务，灵活的调整平台软件和应用软件运行的时间，可以极大的提高安全计算机平台的运行效率，提高系统资源的利用率，从而提高了各种不同业务处理的速度和效率。

2.可灵活配置的系统运行处理过程是本发明的一大特点。本发明的安全计算机平台，其运行阶段四个重要的处理过程，可根据实际的使用需求及运行需求，进行灵活配置，并且采取多种方式来灵活实现，如集中处理式和分散处理式。此发明，使得平台软件结构更加优化合理，提高了平台软件的运行效率和执行效果。

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

1.一种运行周期可灵活分配的安全计算机平台，包含平台软件和应用软件；

时间片t1，由平台软件独占，完成输入处理操作；

时间片t2，由应用软件独占，完成应用业务处理操作；

时间片t3，由平台软件独占，完成输出处理操作；

时间片t4，由平台软件独占，完成系统同步处理操作；

2.根据权利要求1所述的安全计算机平台，其特征在于，还可以根据应用场景标识，调整系统运行周期T的数值，并重新分配时间片t1～t4的时长。

3.根据权利要求1所述的安全计算机平台，其特征在于，在第一个系统运行周期：此时平台软件保存的应用业务场景标识为“默认场景”，默认场景下，第一个系统运行周期T中各时段按默认值分配，分配给应用软件的t2默认值，满足其最大业务量的情况下所需时长；本周期应用软件完成业务处理后，将自身的应用业务场景标识提供给平台软件。

4.根据权利要求3所述的安全计算机平台，其特征在于，运行阶段的第二个系统运行周期：平台软件在本周期开始处，分析应用业务场景标识，根据该标识调整各时间片的时间长度；本周期应用软件完成处理后，再将自身应用业务场景标识提供给平台软件，以供下一个系统运行周期用于分配运行时间片。

5.根据权利要求1所述的安全计算机平台，其特征在于，运行阶段的上述四个重要的处理过程，也即平台软件的输入处理、输出处理、系统同步和应用软件的应用业务处理，可根据实际的使用及运行需求，进行灵活配置，采取多种方式来实现，例如如集中处理式和分散处理式。

6.根据权利要求5所述的安全计算机平台，其特征在于，输入数据处理阶段完成数据获取、安全处理、数据同步等处理，且可以根据运行需求调整或增加其他处理过程，如数据交互、数据冗余；对于平台软件的输入处理阶段所要完成的任务，可采取集中处理式：先完成所有数据的获取，其中包含采集、接收、存储等操作，再统一进行安全处理、数据同步；或采取分散处理式：针对各项输入数据，分别进行获取、安全处理、数据同步；

输出处理阶段完成数据输出、应用同步、存储处理等处理，同样可根据运用需求调整或增加其他处理；对于平台软件的输出处理阶段所要完成的任务，也可采取集中处理或分散处理。

7.根据权利要求5所述的安全计算机平台，其特征在于，对于平台软件的系统同步处理：平台软件执行系内各单元板卡内同步、双系同步、板卡间同步等任务，同样可根据运用需求灵活调整或增加所需的任务；其中，板卡内同步，指主备机各自的主控板内双CPU同步；双系同步，指主备机之间的主控板同步；板卡间同步，指主备机各自的执行板与主控板之间的同步。

8.根据权利要求1所述的安全计算机平台，其特征在于，在铁路信号行业，应用初始化场景：完成与其他设备通信建链、应用数据的读取，例如线路数据、揭示数据等；应用运行场景：完成一般业务的处理，例如与其他设备通信维护、曲线计算、制动缓解判断等；应用配置场景：完成应用数据的更新，例如更新线路数据、揭示数据等。