基于ARM的地铁用安全型智能I/O的设计与实现

论文摘要

地铁信号设备中输入输出设备是信号逻辑和现场设备之间的接口,有着四高(高安全,高可靠,高可维护,高可用)要求,目前信号系统厂家的传统做法是整个信号系统产品由一家公司来完成,可是随着技算机技术的快速发展,逻辑部份目前已可以采用通用COTS产品,而输入输出部分还是需要各个信号厂家自己设计和生产,因此设计出一款通用型的输入输出控制器已成地铁行业的发展方向。为了满足以上要求,本文从实际应用角度出发,使信号系统的产品更加的开放透明,设计出基于ARM的地铁用安全型的智能I/O,从而使信号系统设计可以方便地和现场信号设备接口。在硬件上采用冗余设计,以ARM为主处理器,整个系统无单点硬件故障,采集部分采用动态异或输入设计,驱动部分采用安全驱动设计。基于ARM的地铁用安全智能I/O严格遵循欧洲铁路信号产品的标准,使系统的安全性,可靠性,可用性和可维护性有了充分的保障。本文主要介绍了地铁用安全型智能I/O控制器的设计和实现,包括设计思想,具体实施,硬件和软件的设计等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.1.1 故障-安全技术的发展
• 1.1.2 高水平的实时操作系统开发平台
• 1.1.3 数字信号处理新技术的应用
• 1.1.4 计算机网络技术的发展
• 1.1.5 通信技术与控制技术相结合
• 1.1.6 通信信号一体化
• 1.1.7 安全性与可靠性分析
• 1.2 研究的目的
• 1.3 论文的结构
• 2 安全型智能I/O处理理论
• 2.1 计算机联锁系统的基本结构
• 2.2 地铁用安全型智能I/O处理概述
• 2.3 智能I/O在信号系统中介绍
• 2.4 问题的提出
• 2.5 I/O的设计思想
• 3 实施方案
• 3.1 体系结构
• 3.2 系统RAMS指标
• 3.3 I/O控制器机架结构设计
• 3.4 外部输入的连接
• 3.5 外部输出的连接
• 3.6 主要完成以下功能
• 3.7 环境及可靠性设计
• 3.7.1 模块化设计
• 3.7.2 热设计
• 3.7.3 抗振设计
• 3.7.4 隔离设计
• 3.7.5 冗余设计
• 3.7.6 降额设计
• 3.7.7 潜通路防护设计
• 3.7.8 安全性设计
• 3.7.9 电磁兼容设计
• 3.7.10 电子器件管理
• 3.7.11 系统的热设计
• 3.7.12 维修性设计
• 3.8 环境条件要求
• 4 硬件结构
• 4.1 CPU模块
• 4.2 CAN总线通信部分
• 4.3 输入输出模块
• 4.4 继电器板
• 4.5 采集部分故障-安全实现
• 4.6 驱动部份故障-安全实现
• 4.7 电源部分
• 5 软件结构
• 5.1 uC/OS-II简介
• 5.2 ARM的移植
• 5.2.1 OS CPU.H的移植
• 5.2.2 OS CPU.C的移植
• 5.2.3 OS CPU A.S的移植
• 5.3 对软件安全性的要求
• 5.4 软件设计
• 5.4.1 安全冗余管理中间件
• 5.4.2 冗余实现
• 5.4.3 主程序主要框图如下
• 5.4.4 CPU模块主程序设计
• 5.4.5 程序示例
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.1 CPU板的PCB图
• A.2 输入板的PCB图
• A.3 输出板的PCB图
• A.4 继电器板的PCB图