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改进的地面铁路信号安全计算机软件的设计与实现
| 论文题名： | 改进的地面铁路信号安全计算机软件的设计与实现 |
| 关键词： | 地面信号系统;安全计算机软件;时间隔离;内存隔离;轨道交通 |
| 摘要： | 轨道交通信号领域传统上采用叠加式原则实现整个系统，不同功能采用不同的子系统，造成结构复杂、设备数量多、可靠性可用性降低、硬件性能浪费等问题。因此，非常有必要研究减少轨道交通信号系统设备数量的方法。 本文采用时空隔离的方法来实现地面铁路信号安全计算机软件的集成。在时间和空间（内存）上都对各子系统进行了隔离，在一台设备上实现以前几台设备的功能。这种集成方法没有改变列控系统的逻辑结构，在逻辑上它们还是独立的子系统，而只是在物理上集成到一台设备中。 时间隔离方面，采用了两级调度结构。底层使用时间片隔离的方法使子系统间不能相互干扰;上层在子系统内部使用实时调度算法以提高系统的效率。上层的实时调度算法选择理论非常成熟且实现比较简单的RM算法;而下层的隔离参数需要保证分配给各子系统的时间足够完成其功能，这需要经过计算才能得到。第一步要测量各个任务的执行时间。首先选择软件执行路径，然后基于松弛迭代法计算各条路径的输入，再利用VxWorks操作系统提供的时间功能测量各条路径的执行时间，选择最坏执行时间作为分配时间。第二步根据测得的时间计算出隔离参数。 内存隔离方面，也采用了两级调度结构。底层使用MMU的功能对各子系统设置独立的地址空间，子系统运行时只能看到自己的地址空间而看不到其他子系统的，使得子系统间不能相互干扰;上层在子系统内部使用改进的动态内存分配算法，以提高系统的效率并减少碎片化。为了减少长时间运行后的碎片化，修改系内存分配策略，使得大块内存与小块内存的分配方式不一样，大块内存还是按照原来的方法分配与释放，而小块内存使用基于缓冲区的分配方法，分配与释放都在缓冲区内进行。 最后，基于简化的CTCS-3列控系统地面设备功能，对RBC、TCC、TSRS的部分功能进行集成验证。按照上述方法实现子系统间的时间隔离和内存隔离。另外还加入了第三方监测保证子系统切换的正常进行。集成后的软件在正常、超时、内存溢出等测试情况下都成功实现了预定的功能，证明了本文所述整套方法的正确性和有效性。 |
| 作者： | 景浩 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 马连种 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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