[发明专利]一种通用二乘二取二计算机架构及其实现方法

说明书

本发明属于安全关键计算机技术领域，提供一种通用二乘二取二计算机架构，所述计算机架构包括维护板MTN30及结构相同的计算机Ⅰ系和计算机Ⅱ系，所述计算机Ⅰ系和计算机Ⅱ系通过ARINC 659总线与维护板MTN30进行数据连接；ARINC 659总线用于计算机Ⅰ系和计算机Ⅱ系的数据交互和数据二取二比较；维护板MTN30向所述计算机架构中不同CPU模块提供升级软件程序，并进行故障记录；计算机Ⅰ系包括自监控处理器板VCU和自监控输入输出板DIO；自监控处理器板VCU与控制软件结合，进行计算机系统综合与逻辑控制；自监控输入输出板DIO用于外部开关量的采集和外部继电器的驱动。本发明，具备高安全性，高可靠行，可模块重构，易维护性，易扩展，操作方便快捷等优点，可以为铁路信号系统提供一种通用产品。

技术领域

本发明属于安全关键计算机技术领域，具体涉及一种通用二乘二取二计算机架构及其实现方法。

背景技术

在铁路信号领域，为了提高列车控制的安全性和可靠性，普遍采用集中式、二乘二取二架构，其中“二乘”指两组能够单独运行、相互之间可实现无缝切换的二余度冗余主备系统，每个通道的2个CPU独立运算，然后将处理结果进行比较表决，如果结果一致则正常输出，如果不一致则报故障，这种架构中计算资源高度集中在CPU模块上，数据采集、处理、比较等实时任务都由CPU完成，余度之间通过握手电路或软件进行时钟和任务同步，每一个系统中的各任务执行周期都存在差异性，且不可故障重构，并且软件与硬件紧耦合，硬件的变更会造成软件的修改，同时，任何局部软件修改都可能产生较大的系统安全风险。此外，由于每个处理器一般采用各自的串行接口或网路接口进行维护升级，各个处理器都需要与上位机形成物理拓扑连接，效率较低，无法满足现有产品要求。

发明内容

本发明的目的：提出一种通用二乘二取二计算机架构及其实现方法，具备高安全性，高可靠行，可模块重构，易维护性，易扩展，操作方便快捷等优点，可以为铁路信号系统提供一种通用产品。

本发明的技术方案：一方面，提供一种通用二乘二取二计算机架构，所述计算机架构包括维护板MTN30及结构相同的计算机Ⅰ系和计算机Ⅱ系，所述计算机Ⅰ系和计算机Ⅱ系通过ARINC 659总线与维护板MTN30进行数据连接；ARINC 659总线用于计算机Ⅰ系和计算机Ⅱ系的数据交互和数据二取二比较；

维护板MTN30向所述计算机架构中不同CPU模块提供升级软件服务，以及进行故障信息存储；

计算机Ⅰ系和Ⅱ系各包括自监控处理器板VCU和自监控输入输出板DIO；自监控处理器板VCU与控制软件结合，进行计算机系统综合与逻辑控制；自监控输入输出板DIO用于外部开关量的采集和外部继电器的驱动。

进一步地，ARINC 659总线设置于背板BP40，完成自监控处理器板VCU、自监控输入输出板DIO和维护板MTN30的物理连接和数据通信。

进一步地，自监控处理器板VCU和自监控输入输出板DIO均包含两个独立的处理器支路；两个独立的处理器支路中一个处理器支路包括CPUx和ARINC 659总线控制器BIUx，另一个处理器支路包括CPUy和ARINC 659总线控制器BIUy。

进一步地，两个独立的处理器支路之间采用加强绝缘进行电气隔离，自监控处理器板VCU和自监控输入输出板DIO的每个CPU均具有独立的电源、时钟、保护电路、看门狗和复位电路。

进一步地，自监控输入输出板DIO包括数据采集电路和输出驱动电路；

外部的离散量数据502，分别通过数据采集电路传至自监控输入输出板DIO的CPUx和CPUy；

自监控输入输出板DIO的CPUx和CPUy产生指令，控制输出驱动电路输出离散量数据501。

进一步地，维护板MTN30包含CPU301，用以控制ARINC 659总线控制器BIUx303和ARINC659总线控制器BIUy304。