DE19830926A1 - Verfahren zur sicheren Anzeige des Zustandes einer signaltechnischen Anlage - Google Patents
Verfahren zur sicheren Anzeige des Zustandes einer signaltechnischen AnlageInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur sicheren Anzeige des Zustandes einer signaltechnischen Anlage auf einem Bildschirm (BS) mit Hilfe eines Bedienplatzrechners (BPR) angegeben, welches folgende Schritte umfaßt: DOLLAR A a) wenigstens zwei Bildaufbaumodule (BAM1, BAM2) erstellen unter Verwendung getrennt zugeführter Zustandsdaten (i1, i2) unabhängig voneinander aus Bildpunkten zusammengesetzte Bildsymbole, DOLLAR A b) die Bildaufbaumodule übermitteln die Bildsymbole an genau ein Anzeigemodul (AZM), wobei der Farbwert für jeden einzelnen Bildpunkt der Bildsymbole explizit angegeben wird, DOLLAR A c) das Anzeigemodul setzt die übermittelten Bildsymbole zu einem unmittelbar auf dem Bildschirm anzeigbaren Zustandsbild zusammen. DOLLAR A Da vollständige Bildsymbole übermittelt werden, beschränkt sich die Funktion des Anzeigemoduls auf das Zusammensetzen der übermittelten Bildsymbole zu einem vollständigen Bild. Aufgrund dieser reduzierten Funktionalität ist die Wahrscheinlichkeit geringer, daß zur Verfälschung der Anzeige führende Fehler unerkannt bleiben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicheren Anzeige des Zustandes einer signal
technischen Anlage auf einem Bildschirm und einen Bedienplatzrechner zur Ausfüh
rung des Verfahrens.
In Stellwerken und Betriebsleitstellen wird der aktuelle Zustand signaltechnischer
Anlagen auf Bildschirmen angezeigt. Visualisiert werden beispielsweise Besetztzu
stände von Gleisabschnitten, die Lage von Weichen und Signalbegriffe. Das Bedien
personal, z. B. ein Fahrdienstleiter, trifft auf der Grundlage des angezeigten Zustan
des Entscheidungen und greift gezielt in das Betriebsgeschehen der Anlage ein.
Kommt es bei der Anzeige des Zustandes zu einer für das Bedienpersonal nicht er
kennbaren Verfälschung von visuellen Informationen, so können solche Eingriffe zu
einer Gefährdung des Betriebes führen.
Es sind daher verschiedene Verfahren entwickelt worden, wie Verfälschungen von
Bildschirmanzeigen zuverlässig erkannt werden können. So ist beispielsweise aus der
DE-C2-43 06 470 ein Verfahren bekannt, bei dem zugeführte Zustandsdaten in zwei
unabhängigen logischen Kanälen aufbereitet und miteinander verglichen werden. Die
graphische Benutzeroberfläche wird dabei vorzugsweise von einem X-Windows-
System zur Verfügung gestellt.
Fig. 1 zeigt den Grundaufbau eines X-Windows-Systems. Wesentliche Komponenten
sind ein X-Server XSERV und eine oder mehrere Client-Applikationen CLAPP1 und
CLAPP2. Die Client-Applikationen setzen gewöhnlich auf eine X-Bibliothek XLIB
auf, die den Client-Applikationen einen vereinbarten Befehlssatz zur Verfügung
stellt. Aufrufe REQU von den Client-Applikationen an den X-Server XSERV werden
von der X Bibliothek XLIB in das X-Protokoll übersetzt und über ein Netzwerk
NETW übermittelt. Der X-Server XSERV erstellt daraus ein unmittelbar auf dem
Bildschirm BS darstellbares Bild. Neben dem Bildschirm sind an den X-Server in der
Regel Eingabegeräte wie Tastatur TAS und Maus MAUS angeschlossen. Der X-
Server sorgt u. a. dafür, daß verschiedene Fenster über die Eingabegeräte aufrufbar
und in Größe und Position veränderbar sind. Zwischen dem X-Server und dem Bild
schirm ist lediglich eine Graphikkarte geschaltet, die u. a. einen Bildwiederholspei
cher enthält.
Durch die Eingabegeräte erzeugte Signale werden in Form von besonderen Nachrich
ten EVTS vom X-Server XSERV an die Client-Applikationen CLAPP1 und
CLAPP2 über das Netzwerk NETW übermittelt. Außerdem gibt es Nachrichten
REPL, mit denen der X-Server den Client-Applikationen bestimmte Aufrufe quittiert
oder Fehlermeldungen übermittelt.
Aus der DE-A1-43 32 143 ist ein Verfahren zur Anzeige von Betriebszuständen be
kannt, bei dem die Zustandsdaten zwar zweikanalig zugeführt werden, aber in einem
Rechner nur teilweise zweikanalig aufbereitet werden. In einem Graphiksystem sind
dort Bildsymbole hinterlegt, die in Abhängigkeit vom darzustellendem Zustand far
big ausgelegt werden. Das dort beschriebene Verfahren stößt jedoch auf ernste Si
cherheitsbedenken, da das Graphiksystem selbst nur einfach vorhanden ist. Es ist
beispielsweise nicht erkennbar, wenn ein Bildsymbol im Graphiksystem verfälscht
aus dem Speicher geladen und in das Gesamtbild integriert wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur sicheren Anzeige des Zustan
des einer signaltechnischen Anlage auf einem Bildschirm anzugeben. Das Verfahren
soll bei möglichst geringem Hard- und Softwareaufwand eine hohe Sicherheit beim
Erkennen von Fehlern und Verfälschungen bieten.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß An
spruch 1. Erfindungsgemäß erstellen zwei Bildaufbaumodule unter Verwendung zu
geführter Zustandsdaten unabhängig voneinander aus Bildpunkten zusammengesetzte
Bildsymbole (SYMB1, SYMB2). Wenigstens ein Bildaufbaumodul übermittelt die
erstellten Bildsymbole an ein Anzeigemodul. Die Farbwerte der Bildpunkte für die
Bildsymbole werden dabei explizit angegeben. Das Anzeigemodul setzt anschließend
die übermittelten Bildsymbole zu einem unmittelbar auf dem Bildschirm anzeigbaren
Zustandsbild zusammen.
Nach dem erfindungsgemäße Verfahren werden also auch die Bildsymbole unab
hängig voneinander in zwei unterschiedlichen logischen Kanälen erzeugt. Das An
zeigemodul, welches nur einfach vorhanden ist, erhält von den Bildaufbaumodulen
die vollständigen Bildpunktinformationen (d. h. die Farbwerte) für die Bildsymbole.
Die Funktionalität des Anzeigemoduls ist somit beschränkt auf das Zusammensetzen
der übermittelten Bildsymbole zu einem vollständigen Bild. Aufgrund dieser redu
zierten Funktionalität ist auch die Wahrscheinlichkeit geringer, daß zur Verfälschung
der Anzeige führende Fehler unerkannt bleiben.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung greift jedes Bildaufbau
modul beim Erstellen der Bildsymbole auf einen eigenen geschützten Speicherbe
reich zu. In diesem Speicherbereich sind Vorlagen für Bildsymbole bildpunktweise
gespeichert. Es wird somit verhindert, daß die Bildaufbaumodule gemeinsam auf
einen fehlerhaften Speicher zugreifen und daraus parallel verfälschte Bildsymbole
erstellen.
Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Bild
aufbaumodulen um X-Clients und bei dem Anzeigemodul um einen X-Server. Da die
erforderliche Sicherheit mit nur einem X-Server anstelle von sonst bei zweikanaligen
Systemen üblichen zwei X-Servern erzielt wird, benötigt man bei der Realisierung
nur eine X-Server-Lizenz.
Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf die Verwendung eines X-Windows-Systems
beschränkt. Bei Einsatz bestimmter Client-Server-Betriebssysteme wie beispielswei
se Windows NT® können die Bildaufbaumodule als Client-Prozesse realisiert wer
den. Das Anzeigemodul ist dann ein geschütztes Subsystem des Betriebssystems. Die
Übermittlung von Bildsymbolen erfolgt dann über Schnittstellen für lokale oder ent
fernte Prozeduraufrufe.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele und der Zeich
nungen eingehend erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: Prinzipskizze zur Erläuterung eines X-Windows-Systems;
Fig. 2: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bedienplatzrechners;
Fig. 3: Flußdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4: Visuelle Darstellung von besetzten und unbesetzten Gleisabschnitten.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Bedienplatzrechner, dem über zwei unabhängige Ein
gabekanäle Zustandsdaten i1 und i2 zugeführt werden. Die Zustandsdaten stammen
beispielsweise von einem signaltechnisch sicheren Stellwerksrechner. Die Zu
standsdaten sind inhaltlich identisch und werden nur aus Sicherheitsgründen zwei
fach in unterschiedlichen Formaten übertragen (z. B. normal und invertiert). Denkbar
ist jedoch auch, daß die Zustandsdaten nur einfach dem Bedienplatzrechner zugeführt
und dort intern an beide Eingabekanäle verteilt werden.
Jeder Eingabekanal steht mit einem Bildaufbaumodul BAM1 bzw. BAM2 in Verbin
dung. Die Bildaufbaumodule BAM1 und BAM2 erstellen aus den zugeführten Zu
standsdaten i1 und i2 Bildsymbole für die von den Zustandsdaten betroffenen Teile
der signaltechnischen Anlage. Sie greifen dabei auf Projektdaten zurück, die u. a.
Angaben enthalten, welches Bildsymbol für welche Art von Gleis- oder Feldelement
zu verwenden ist. Komplexere Feldelemente, z. B. Hauptsignale, müssen ggf. aus
mehreren Bildsymbolen zusammengesetzt werden. Die Regeln, welche Bildsymbole
zu verwenden und wie diese anzuordnen sind, werden üblicherweise vom Anlagenbe
treiber festgelegt. Sie sind vorzugsweise in beiden Bildaufbaumodulen BAM1 und
BAM2 unabhängig voneinander abgelegt.
Anhand des in den Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Beispiels soll die Erstellung der
Bildsymbole näher erläutert werden. Es sei angenommen, daß in einem Schritt 31 die
Bildaufbaumodule BAM1 und BAM2 als Zustandsdatum von einem sicheren Stell
werksrechner die Meldung "Gleisabschnitt G3 besetzt" zugeführt bekommen. Mit
diesem Zustandsdatum meldet der Stellwerksrechner die Besetzung des Gleisab
schnitts G3 durch einen Zug.
Das Bildaufbaumodul BAM1 ermittelt nun in einem Schritt 32, welches Bildsymbol
für die Darstellung eines Gleisabschnitts zu verwenden ist. Es greift dazu auf Pro
jektdaten zu, denen in diesem Beispiel zu entnehmen ist, daß der betreffende Gleis
abschnitt durch einen horizontalen Balken darzustellen ist. Aus einer Datei, in denen
alle überhaupt möglichen Bildsymbole als Vorlagen gespeichert sind, ruft das Bild
aufbaumodul BAM1 die Vorlage für das entsprechende Bildsymbol ab. Anschließend
ordnet das Bildaufbaumodul BAM1 in einem Schritt 33 der Vorlage eine Vorder-
und eine Hintergrundfarbe zu. Welche Farben dabei auszuwählen sind, richtet sich
nach den oben bereits angesprochenen Regeln. Durch die Zuordnung der Farbwerte
zu den einzelnen Bildpunkten der Vorlage entsteht das fertige Bildsymbol.
Im folgenden Schritt 34 übermittelt erfindungsgemäß das Bildaufbaumodul BAM1
das vollständige Bildsymbol einem Anzeigemodul AZM. Vollständig heißt in diesem
Zusammenhang, daß für alle Bildpunkte explizit die Farbwerte angegeben werden.
Wenn das Symbol beispielsweise 13 mal 17 Bildpunkte groß ist und die Farbtiefe 8
Bit beträgt, so müssen zur Übermittlung des Bildsymbols mindestens (13 × 17 × 8)/8 =
221 Byte übermittelt werden. Zusätzlich zu den Farbwerten der Bildpunkte muß zu
mindest übermittelt werden, an welcher Stelle des anzuzeigenden Bildes das Symbol
erscheinen soll. Die Koordinaten hierfür entnimmt das Bildaufbaumodul BAM1 den
Projektdaten.
Das Anzeigemodul empfängt das Bildsymbol und überschreibt das angezeigte Bild
mit dem Bildsymbol. Fig. 4 zeigt exemplarisch vier Gleisabschnitte G1 . . . G4. Der
Gleisabschnitt G3 ist zunächst bei dem auf dem Bildschirm angezeigten Zustandsbild
durch ein Bildsymbol dargestellt, dessen Farbgestaltung den Zustand "Frei" symbo
lisiert. Nach der Besetztmeldung überschreibt das Anzeigemodul AZM dieses Bild
symbol durch das neu vom Bildaufbaumodul BAM1 übermittelte Bildsymbol. Das
neue Bildsymbol hat in diesem Fall die gleiche Geometrie, aber eine andere Farbge
bung als das ursprünglich vorhandene Bildsymbol. Durch die veränderte Farbe wird
dem Bedienpersonal der Zustand "besetzt" angezeigt.
Das Anzeigemodul hat also; wie oben bereits erwähnt, hier lediglich die Aufgabe,
das bestehende Zustandsbild mit einem Bildsymbol zu überschreiben, welches von
einem Bildaufbaumodul erzeugt worden ist. Wenn z. B. nach einem Wechsel des
anzuzeigenden Ausschnitts ein Zustandsbild komplett neu aufgebaut werden soll, so
wird es vom Anzeigemodul vollständig aus einzelnen übermittelten Bildsymbolen
zusammengesetzt.
Bedienerspezifische Symbole ("Pushbuttons") werden ebenso als Bildsymbole be
handelt. Sie werden also ebenfalls von den Bildaufbaumodulen in der geschilderten
Weise unter Verwendung von Vorlagen erstellt und an das Anzeigemodul übermit
telt.
Das andere Bildaufbaumodul BAM2 führt die soeben für das Bildaufbaumodul
BAM1 erläuterten Schritte in gleicher Weise, aber unabhängig davon aus. Bei ein
wandfreier Funktion der Bildaufbaumodule BAM1 und BAM2 müssen die unab
hängig erstellten Bildsymbole Bildpunkt für Bildpunkt in ihren Farbwerten überein
stimmen. Um dies zu überprüfen, können die unabhängig voneinander erstellten
Bildsymbole miteinander verglichen werden. Außerdem kann vorgesehen werden,
daß Bildsymbole vom Bildschirm zurückgelesen und mit den vom Bildaufbaumodul
BAM2 erstellten Bildsymbolen verglichen werden. Derartige Überprüfungen sind
jedoch nicht Gegenstand der Erfindung, weswegen an dieser Stelle auf die eingangs
zitierten Veröffentlichungen verwiesen wird. Welches der beiden Bildaufbaumodule
BAM1 oder BAM2 dem Anzeigemodul AZM im konkreten Einzelfall Bildsymbole
übermittelt, ist hier nicht von Bedeutung. In Fig. 2 sind daher die Verbindungen der
beiden Bildaufbaumodule BAM1 und BAM2 zum Anzeigemodul AZM gleich dar
gestellt.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach Anspruch 2 sind die Projektdaten
und auch die Vorlagen für die Bildsymbole in zwei unabhängigen geschützten Spei
cherbereichen abgelegt, zu denen jeweils nur eines der beiden Bildaufbaumodule
Zugriff hat. In Fig. 2 sind diese Speicherbereiche durch die Bezugszeichen SPC1 und
SPC2 gekennzeichnet. Bei den geschützten Speicherbereichen kann es sich bei
spielsweise um Bereiche eines Hauptspeichers handeln, der von einem Betriebssy
stem verwaltet wird, welches eine strikte Trennung von Rechnerresourcen sicherstellt
(z. B. Windows NT®). In diesem Hauptspeicher kann, wie in Fig. 2 dargestellt, auch
dem Anzeigemodul AZM ein geschützter Speicherbereich SPAZM zugewiesen sein.
Kommt es in einem der Speicherbereichen SPC1 oder SPC2 zu einer Verfälschung
von gespeicherten Informationen, so ist auf diese Weise sichergestellt, daß sich von
den Bildaufbaumodulen BAM1 und BAM2 erstellte Bildsymbole unterscheiden. Bei
einem Vergleich der Bildsymbole wird die somit Verfälschung zuverlässig erkannt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist erfolgreich implementiert worden auf einem X-
Windows-System. Die Bildaufbaumodule BAM1 und BAM2 sind in diesem Fall X-
Client-Anwendungen, während das Anzeigemodul ein X-Server ist. Die Übermitt
lung der Bildsymbole von den Bildaufbaumodulen zum X-Server erfolgt gemäß dem
X-Protokoll. Der X-Server hat erfindungsgemäß eine - im Vergleich zur sonst gängi
gen Verwendung - sehr eingeschränkte Funktionalität. Üblicherweise werden dem X-
Server nur die nötigsten Angaben zur Erstellung von graphischen Darstellungen
übermittelt, um das Datenaufkommen im verbindenden Netzwerk zu minimieren.
Aus diesen Angaben (z. B. Koordinaten eines Polygonzuges) ermittelt der X-Server
selbständig die Farbwerte der anzuzeigenden Bildpunkte.
Erfindungsgemäß wird hingegen das anzuzeigende Bild vollständig, wenn auch in
einzelnen Teilen ( = Bildsymbole), dem X-Servern von den X-Client-Anwendungen
übermittelt. Dies hat zur Folge, daß der Umfang der Datenübermittlung zwischen den
X-Client-Anwendungen einerseits und dem X-Server andererseits nicht unerheblich
ist. Wenn die X-Client-Anwendungen räumlich entfernt vom X-Server angeordnet
ist, so ist folglich für eine ausreichende Übertragungskapazität auf dem verbindenden
Netzwerk zu sorgen. Vorzugsweise jedoch befinden sich sind die X-Client-
Anwendungen zusammen mit dem X-Server auf einem Rechner, so daß dessen lei
stungsfähiges internes Bussystem für die Übertragung genutzt werden kann.
Der X-Server ist an eine oder mehrere Graphikkarten GK angeschlossen, die mit ei
ner entsprechenden Zahl von Bildschirmen BS verbunden sind. Das Gesamtsystem
kann somit mit Standard-Hardware aufgebaut werden und benötigt kein besonders zu
entwickelndes Betriebssystem.
Die Erfindung ist freilich nicht auf die Verwendung eines X-Windows-Systems be
schränkt. Aufgrund der geringen Funktionalität, die vom Anzeigemodul verlangt
wird, kommt auch ein Einsatz bestimmter Client-Server-Betriebssysteme wie bei
spielsweise Windows NT® in Frage. Die Bildaufbaumodule sind dann als normale
Client-Anwendungen zu realisieren. Die Rolle des Anzeigemoduls übernimmt ein
geschütztes Subsystem des Betriebssystems. Die Übermittlung von Bildsymbolen
erfolgt in diesem Fall über Schnittstellen für lokale Prozeduraufrufe. Wenn die Bild
aufbaumodule und das Anzeigemodul räumlich über ein Netzwerk verteilt sind, so
erfolgt die Übermittlung entsprechend über Schnittstellen für entfernte Prozedurauf
rufe.
Claims (7)
1. Verfahren zur sicheren Anzeige des Zustandes einer signaltechnischen Anlage
auf einem Bildschirm (BS) mit Hilfe eines Bedienplatzrechners (BPR), umfas
send die folgenden Schritte:
- a) wenigstens zwei Bildaufbaumodule (BAM1, BAM2) erstellen unter Ver wendung zugeführter Zustandsdaten (i1, i2) unabhängig voneinander aus Bildpunkten zusammengesetzte Bildsymbole,
- b) wenigstens ein Bildaufbaumodul übermittelt die von ihm erstellten Bild symbole an genau ein Anzeigemodul (AZM), wobei der Farbwert für jeden einzelnen Bildpunkt der Bildsymbole explizit angegeben wird,
- c) das Anzeigemodul setzt die übermittelten Bildsymbole zu einem unmittelbar auf dem Bildschirm anzeigbaren Zustandsbild zusammen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jedes Bildaufbaumodul (BAM1, BAM2)
beim Erstellen der Bildsymbole auf einen eigenen geschützten Speicherbereich
(SPC1, SPC2) zugreift, in dem Vorlagen für Bildsymbole gespeichert sind.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bildaufbau
module X-Client-Anwendungen sind, das Anzeigemodul ein X-Server ist und die
Übermittlung von Bildsymbolen gemäß dem X-Protokoll erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Bildaufbaumodule
geschützte Client-Prozesse eines Client-Server-Betriebssystems sind, das Anzei
gemodul ein geschütztes Subsystem des Client-Server-Betriebssystems ist und
die Übermittlung von Bildsymbolen entweder über eine Nachrichtenschnittstelle
für lokale Prozeduraufrufe oder über eine Nachrichtenschnittstelle für entfernte
Prozeduraufrufe erfolgt.
5. Bedienplatzrechner (BPR) zur sicheren Anzeige des Zustandes einer signaltech
nischen Anlage auf einem Bildschirm (BS) mit:
- a) wenigstens zwei Bildaufbaumodulen (BAM1, BAM2), die unabhängig voneinander unter Verwendung zugeführter Zustandsdaten (i1, i2) aus Bild punkten zusammengesetzte Bildsymbole erstellen und dabei die Farbwerte der einzelnen Bildpunkte explizit angeben, und einem
- b) Anzeigemodul, welches von wenigstens einem Bildaufbaumodul Bildsym bole übermittelt bekommt und die übermittelten Bildsymbole zu einem unmittelbar auf dem Bildschirm anzeigbaren Zustandsbild zusammensetzt.
6. Bedienplatzrechner nach Anspruch 5, bei dem die Bildaufbaumodule X-Client-
Anwendungen sind, das Anzeigemodul ein X-Server ist und die Übermittlung
von Bildsymbolen gemäß dem X-Protokoll erfolgt.
7. Bedienplatzrechner nach Anspruch 5, bei dem die Bildaufbaumodule geschützte
Client-Prozesse eines Client-Server-Betriebssystems sind, das Anzeigemodul ein
geschütztes Subsystem des Client-Server-Betriebssystems ist und die Übermitt
lung von Bildsymbolen entweder über eine Nachrichtenschnittstelle für lokale
Prozeduraufrufe oder über eine Nachrichtenschnittstelle für entfernte Proze
duraufrufe erfolgt.
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