發(fā)布時(shí)間：2020-05-22 08:48

【摘要】： 隨著安全苛求系統(tǒng)在鐵路、航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域應(yīng)用得越來(lái)越廣泛,安全計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越受到人們的重視,已經(jīng)形成了一個(gè)專門(mén)的學(xué)術(shù)分支。為了擴(kuò)大適用范圍、減少開(kāi)發(fā)成本和維護(hù)成本,安全計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)正朝著通用化、可升級(jí)、可擴(kuò)展等方向發(fā)展。 本文以基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)(CBTC)中區(qū)域控制器(ZC)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元(DSU)為應(yīng)用背景,通過(guò)對(duì)采用硬件、軟件冗余結(jié)合方式的可擴(kuò)展安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的設(shè)計(jì),研究了基于模型工程的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法在安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。 論文引入了基于形式化方法的模型工程概念,在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)早期和整個(gè)開(kāi)發(fā)生命周期內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模和驗(yàn)證,以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。架構(gòu)分析和設(shè)計(jì)語(yǔ)言(AADL)是一種支持模型工程的形式化建模語(yǔ)言。本文從基于AADL的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)生命周期模型出發(fā),完成了對(duì)CBTC系統(tǒng)中的安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)高層AADL建模、平臺(tái)軟件AADL建模和驗(yàn)證。 根據(jù)對(duì)CBTC系統(tǒng)安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的需求分析,設(shè)計(jì)了安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的高層AADL模型,并描述了該三模冗余安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)實(shí)際結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由應(yīng)用軟件、平臺(tái)軟件、處理器和專門(mén)的冗余管理硬件單元(RM)組成的。論文詳細(xì)描述了安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的工作原理和RM硬件單元的邏輯功能。 論文詳細(xì)介紹了平臺(tái)軟件流程,并根據(jù)該流程設(shè)計(jì)了基于AADL的平臺(tái)軟件詳細(xì)AADL模型,包括系統(tǒng)表決、系統(tǒng)模式轉(zhuǎn)化和系統(tǒng)重構(gòu)等模塊。根據(jù)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)的安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的需求,利用工具軟件OSATE驗(yàn)證了基于AADL的實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)安全等級(jí)和可調(diào)度性等特性,驗(yàn)證結(jié)果表明了系統(tǒng)的完備性和設(shè)計(jì)的合理性。 可擴(kuò)展安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)原理樣機(jī)的制作和調(diào)試成功進(jìn)一步證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和可行性,也表明了以建模、驗(yàn)證為基礎(chǔ)的模型工程開(kāi)發(fā)方法適用于安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。
【圖文】：

通用GUARDS組件特殊應(yīng)用組件圖1一 3GUARDS通用結(jié)構(gòu)Figurel一 3GenerieArchitectllreofGUARDSGUARDS的通用結(jié)構(gòu)如圖1一3所示，結(jié)構(gòu)主要定義三個(gè)維度的容錯(cuò)措施:通

供正確的輸入給關(guān)鍵任務(wù);3)檢測(cè)錯(cuò)誤并診斷原因;4)重構(gòu)系統(tǒng)以剔除故障的組件。SJFT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1一1所示。在sIFT系統(tǒng)中，誤差檢測(cè)、誤差分析以及系統(tǒng)重構(gòu)都是由軟件來(lái)完成的，交互任務(wù)都被每個(gè)處理模塊冗余執(zhí)行，每個(gè)冗余執(zhí)行的結(jié)果都會(huì)被表決。因此，在三模冗余處理方式中，系統(tǒng)重構(gòu)可以容忍任意單一處理單元或者總線的故障、并發(fā)故障。每個(gè)處理單元中隔離的處理器執(zhí)行獨(dú)立的任務(wù)，，所以處理單元之間只需要松散同步機(jī)制。SITF的軟件結(jié)構(gòu)體系十分清楚，都采用SPECIAL語(yǔ)言進(jìn)行軟件規(guī)格描述。它的形式化模型也證明了系統(tǒng)的正確性和可靠性。馬爾科夫模型既被用來(lái)分析系統(tǒng)的可靠性，也作為SIFT設(shè)計(jì)的形式化需求之一。 llllllllll!!!!!工工 工 lll工 工 }}}工工 }----[[[[[口口}}}二 二 .}}}}}{，
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP302;U284.48

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