一种基于嵌入式软件冗余的车载台制造技术

本发明专利技术提供了一种基于嵌入式软件冗余的车载台，涉及车载设备技术领域，包括铁路专用信号机本体和一块含双CPU的控制板，外围电路共享一套，利用应用层软件冗余切换的方法，两个CPU相互校验，一主一备，保证信息同步的同时做到故障检测，使故障发生时可以实现无扰动切换功能。本申请把嵌入式软件冗余加到双CPU控制当中，并应用在车载台上，可以增强其容错能力、抗干扰能力，提升故障恢复能力，优化延迟和吞吐量，使其可靠性和稳定性大大增强。使其可靠性和稳定性大大增强。使其可靠性和稳定性大大增强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于嵌入式软件冗余的车载台


[0001]本专利技术涉及车载设备
，特别是涉及一种基于嵌入式软件冗余的车载台。

技术介绍

[0002]车载台是保障行车安全的的重要装备，它实现了列车调度员、车站值班员与列车司机之间随时进行通话联系，能使列车运行置于调度员的控制之下，这对提高运输效率，保证行车安全具有十分重要的作用，如遇特殊情况，也可通过车载台得到及时的处理。
[0003]但是现有的车载台设备，大多采用单核的处理器方案，系统在出现局部故障时很难完成规定的功能，拉长了故障处理时间，并且在车载台需要处理多个任务的情况下，性能也极易受到限制，在需要快速响应的场景下表现不佳，影响整体的工作效率和响应速度，使其可靠性和稳定性大大降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于嵌入式软件冗余的车载台，增强车载台在工作中的容错能力、抗干扰能力，提升其故障恢复能力，大大提升工作效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于嵌入式软件冗余的车载台，所述车载台包括铁路专用信号机本体和一块含双CPU的控制板，外围电路共享一套，利用应用层软件冗余切换的方法，两个CPU相互校验，一主一备，当故障发生时可以实现无扰动切换功能。
[0006]第一方面，对于多媒体嵌入式软件冗余硬件平台部分，采用模块化设计，以嵌入式智能芯片为核心，双主芯片之间冗余，外围电路共享，控制板上的处理器模块、输入输出模块均采用双CPU冗余架构设计，各模块之间通过母板相连接，完成内部系统互联互通及供电。
[0007]第二方面，对于应用层软件冗余方案设计部分，双机同时在线并且互相监视，程序间裁决和转移主控权，采用“先启为主”的双CPU身份识别机制，两个CPU之间主备切换，热备CPU随时准备，一旦主控CPU发生故障，立即获取主控权成为主控CPU，实现无扰动切换。主要采用基于主控权的CPU裁决和转移、双CPU模块的同步控制方法，利用结构化的编程方法，对软件冗余子系统进行研究。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的技术效果和优点在于：
[0009]1.本专利技术中，将软件冗余加入到车载台上，能够提高系统的可靠性和稳定性。软件冗余通过备份两个相同的CPU模块，当主控CPU发生故障或错误时，系统可以自动切换到热备CPU上，避免系统崩溃或停止工作，保证车载台的正常运行。通过使用冗余编码技术增加数据的冗余度，提高数据的抗干扰能力，从而减少数据传输错误的概率；可以提高容错能力，即使一个CPU模块发生故障或错误，车载台仍然可以继续工作，这对于一些对可靠性要求较高的应用场景(如自动驾驶、安全监控等)非常重要。
[0010]2.本专利技术中，带有软件冗余的车载台可以实现故障快速恢复和无缝切换，当主控
CPU发生故障时，系统可以迅速切换到热备CPU，并且用户几乎无感知地继续使用车载台；可以使用并行传输的方式，不止通过一条通信路径传输数据，极大地提高了数据传输的效率；可以提高系统可维护性，通过软件冗余，车载台可以实现模块的热备份和热切换，减少了系统维护和升级的停机时间，提高了系统的可维护性。这使得车载台具有更大的灵活性和可扩展性，通过软件冗余，车载台可以在故障发生时自动切换到备用模块，避免了系统崩溃或停止工作，提高了用户体验和满意度。
附图说明
[0011]图1为“热备份”冗余方式结构图；
[0012]图2为双CPU冗余控制软件方案的硬件配置图；
[0013]图3为主备CPU通信示意图；
[0014]图4为主备CPU同步过程示意图；
[0015]图5为双CPU控制权裁决与转移程序流程图；
[0016]图6为双CPU同步控制程序流程图；
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0018]如图1所示，本专利技术提供一种技术方案：一种基于嵌入式软件冗余的车载台，包括铁路专用信号机本体，1块含2个CPU的控制板，共享外围电路一套。
[0019]硬件配置如图2所示，采用模块化设计。在不增加大量成本的原则下，将外围电路共享，只增加一套并行的核心处理单元，利用应用层软件冗余切换的办法，两个CPU相互校验，一主一备。
[0020]控制板分为母板、处理器模块、通讯模块(CNBR)、输入输出模块(I/O)、电源模块(PSDA)、冗余管理模块等，同时含有故障检测子模块、数据处理子模块、冗余切换子模块。其中故障检测子模块负责完成CPU模块故障检测，包括CPU模块自检和CPU模块互检；数据处理子模块根据系统输入采集子模块采集信息和故障监测子模块故障检测结果，完成CPU输出控制逻辑；冗余切换子模块根据系统处理子模块给出的输出控制逻辑完成对本地负载和异地负载的控制。
[0021]处理器模块上的两个CPU控制单元在系统运行期间是同步工作的。两个控制单元是相同的，互为镜像，其中一个为主控CPU单元，另一个为热备CPU单元，先启动的为主控CPU单元。主备CPU控制单元之间有冗余交互通道，进行数据表决、系统同步、相互监控等。
[0022]处理器模块的双CPU控制单元具备自诊断能力，能够在运行期间检测自身的运行状态，并在出现故障时及时产生复位信号。同时双CPU控制单元之间还能够互相诊断对方的运行状态，当其中一个CPU控制单元出现故障时，能够及时发现，在第一时间切换系统通道并进行故障报警，保障系统安全稳定运行。
[0023]处理器模块和I/O模块之间采用CAN总线进行数据通信传输。并且加入了CAN协议控制器与物理总线之间的接口可以向总线提供差分发送能力，并向CAN控制器提供差分接收能力。
[0024]增加看门狗定时器，提高系统的可靠性和安全性，防止系统死锁。采用独立的CAN控制器，提供更高的处理能力和更快的数据传输速度，减轻主控制器的负担，降低系统的复杂度和开发成本。并且独立的CAN控制器还可以提供更多的硬件资源和接口，方便系统的扩展和功能的增加。
[0025]采用“先启为主”的双CPU身份识别机制，使主控CPU和热备CPU具有完全对等性，即先启动的为主控CPU，后启动的为热备CPU。“先启为主”的双CPU身份识别机制采用端口监听的方法实现。若连接成功说明对方已经启动，本机标识为热备CPU；连接失败将本机标识为主控CPU，并将套接字绑定到主备机通信端口进行监听。这样，无论热备CPU何时启动，主控CPU都会接受热备CPU的连接请求并与之建立连接。
[0026]在主备CPU之间采用心跳信号来相互监测对方的工作状态，并作为诊断设备故障的一种辅助手段。一旦主控CPU和热备CPU之间的心跳信号发生故障，则表明有一方设备出现了故障，同时也能初步确定故障设备的原因。
[0027]如图3所示是双CPU通信的流程，为了进一步提高双CPU主备切换系统的可用性，双通道在收到对方心跳时加入时间戳。在心跳无效的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式软件冗余的车载台，包括铁路专用信号机本体和一块含双CPU的控制板，外围电路共享一套，其特征在于：(1)采用双CPU主备切换的模式，控制板含两个相同的CPU，执行相同的任务，通过实时数据同步和决策算法保持数据的一致性，当一个CPU出现故障或错误时，另一个CPU可以及时接管其功能，实现无缝切换；(2)软件冗余控制板的硬件部分采用模块化设计，在不增加大量成本的原则下，将外围电路共享，只增加一套并行的核心处理单元，以嵌入式智能芯片为核心，双主芯片之间冗余。2.如权利要求1所述的模块化设计，其特征在于：控制板上的处理器模块、输入输出模块均采用双CPU冗余架构设计，各模块之间通过母板相连接，完成内部系统互联互通及供电。3.如权利要求2所述的处理器模块双CPU冗余架构设计，其特征在于：处理器模块的双CPU控制单元具备自诊断能力，能够在运行期间检测自身的运行状态，并在出现故障时及时产生复位信号。4.如权利要求3所述冗余设计方案，其特征在于：双机同时在线并且互相监视，程...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢意，谢鲲，朱卡恩，付祥，邹劲柏，陈大山，许哲谱，陈迪来，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：