基于龙芯的二乘二取二计算机联锁控制系统

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摘要:铁路车站信号计算机联锁控制系统是一个实时、多任务、安全苛求的计算机控制系统。该系统以中国科学院计算机研究所研制的龙芯系列处理器为核心,使用开源的Linux操作系统,在保证系统的实时性、安全性、可靠性、可扩展性、多任务处理和节能环保的同时,也避免了在计算机联锁控制系统中使用国外的处理器可能存在的安全隐患。

Abstract: Railway station signal computer interlocking control system is a real-time, multi-task and safety-critical computer control system.The core of this system is the Loongson CPU developed by Institute of Computing Technology Chinese Academy of Sciences and the Kaiyuan Linux operation system. Ensuring traits such as the real-time, security, reliability, scalability, multi-task and energy-saving, at the same time, the system escapes the safety loophole of abroad processor in the computer interlocking control system.

关键词:计算机联锁;龙芯处理器;Linux操作系统;铁路车站信号

Key words: Computer Interlocking;Loongson CPU;Linux OS;Railway Station Signal

中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)27-0169-01

0引言

本文根据计算机联锁控制系统的性能特点和故障-安全的要求,设计了一种基于龙芯1号IP和龙芯2号IP的嵌入式微处理器GC3210i和中央处理器龙芯2F的计算机联锁控制系统。该系统使用开源的Linux操作系统保证系统的实时性、安全性、可靠性、可扩展性和多任务处理性能。

1系统硬件结构

基于龙芯的二乘二取二计算机联锁系统结构框图,该系统主要有人机会话层、联锁逻辑层和执行层三部分组成。人机会话层由控显机A和控显机B、控显机倒机单元和电务维修机组成,联锁逻辑层主要由相同的两套二取二联锁主机、采集板和驱动板组成的联锁I系和联锁II系组成。执行层是由继电器电路组成的接口电路控制室外的信号机、道岔转辙机和轨道电路等站场设备。其中,人机会话层和联锁逻辑层是联锁系统的核心设备。

1.1 控显机控显机的作用是为车站值班员提供操作显示界面,从二取二联锁主机取得当前站场状态,采集车站值班员操作站场的信息送给二取二联锁主机,将当前联锁系统的状态信息送给电务维修机。

控显机采用以龙芯2F中央处理器为核心的工控机。该工控机采用固态硬盘取代以电机带动磁盘进行读写的传统硬盘。由于固态硬盘不需要机电装置,具有功耗低、无噪声、存储数据时间长和不易损坏等优点。由于采用被动散热方式,没有散热风扇和滤网,不用经常清洗滤网;因此,采用龙芯2F处理器和固态硬盘设计的工控机比传统的工控机具有功耗低、无噪声、体积小、发热小和稳定性高等优点。

控显机采用开源的Linux操作系统,保证系统的安全可靠。

1.2 电务维修机电务维修机的作用是为电务维护人员提供计算机联锁系统的状态、维护和管理信息。电务维修机通过以太网从控显机获得当前计算机联锁系统的状态信息,保存一个月的记录,通过列表、回放和跟踪等方式,显示计算机联锁系统和整个站场的状态信息,供维护计算机联锁系统时参考。电务维修机同时提供同微机监测、DMIS和调度监督等系统的接口。

电务维修机也采用以龙芯2F处理器和固态硬盘为核心设计的工控机及显示器为硬件设备。电务维修机采用开源的Linux操作系统,确保系统的安全可靠。

1.3 二取二联锁主机二取二联锁主机的作用是接收控显机通过以太网送来的操作命令、通过CAN总线接收采集板送来的室外设备信号状态、进行联锁逻辑运算、通过CAN总线发生驱动命令给驱动板,驱动室外设备完成相关动作。

二取二联锁主机是以两块GC3210i龙芯1号处理器为核心设计,由两部分相同的电路组成,构成二取二的方式,对外提供2个网口、4个CAN接口和1个高速串口。其中2个网口用于接入控显机和电务维修机组成的环形网络,4个CAN接口中,作为同驱动板和采集板组成的CAN通信网络,1个高速串口用于调试二取二联锁主板。为了保证系统稳定可靠的运行,整个战场的联锁数据、引导程序、操作系统内核和文件系统都存储在NorFlash存储芯片中。二取二联锁主机的每个GC3210i龙芯1号处理器采用Linux2.6版本以上的内核为操作系统,满足多任务、实时、安全性、可靠性和稳定性的要求。

1.4 驱动板驱动板的作用是通过两路CAN总线接收来自二取二联锁主板的驱动信息,输出相应的驱动信号,驱动室外的信号设备。驱动板采用两片国产的单片机、CAN控制器和动态驱动电路,对外提供2路CAN接口和16路驱动信号。

1.5 采集板采集板的作用是采集室外信号设备的状态信息,通过两路CAN总新送给二取二联锁主板。采集板采用两片国产单片机、CAN控制器和采集电路,对外提供2路CAN接口和32路采集通道。

2冗余结构

2.1 通信网络冗余结构基于龙芯的二乘二计算机联锁系统所有的通信网络采用双网冗余结构,保证整个系统的通信网络的可靠性、稳定性和安全性。其中控显机A、控显机B、电务维修机、二取二联锁主机1和二取二联锁主机2之间的以太网采用双网冗余结构,二取二联锁主机1和二取二联锁主机2与其对应的采集板和驱动板之间的CAN总线也采用双网冗余结构。

2.2 联锁逻辑层的冗余结构联锁逻辑层的冗余结构是指在计算机联锁系统出现故障时,保证联锁逻辑层的系统能够持续运行的方法。二乘二取二的冗余结构具有很高的可靠性、安全性和稳定性。基于龙芯的二乘二取二计算机联锁控制系统的结构如图1所示。联锁逻辑层由两个二取二联锁主机和各自对应的采集板和驱动板组成的两个相同的联锁逻辑系统,称为联锁I系和联锁II系。联锁I系和II系的联锁主机、驱动板和采集板都是二取二结构。两系间采用并行方式驱动和采集相同的室外信号设备。

3结束语

目前,基于龙芯的二乘二取二计算机联锁控制系统处于研发阶段,但其所具有的安全性、稳定性、可靠性和节能环保的优势是非常明显的。随着铁路行业信息化的进一步发展,这种核心技术完全掌握在国内企业中的计算机联锁系统必将拥有很好的竞争力和市场。

参考文献:

[1]赵志熙.计算机联锁控制系统技术[M].北京:中国铁道出版社,1999.

[2]高继祥.铁路信号运营基础[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[3]徐洪泽,岳强.车站信号计算机联锁控制系统――原理及应用[M].北京:中国铁道出版社,2005.

[4]赵志熙.车站信号控制系统[M].北京:中国铁道出版社,1993.