本文關鍵詞：基于MPC5643L的強化型安全應用平臺關鍵技術研究

  更多相關文章： 冗余 安全關鍵系統(tǒng) 雙核微控制器MPC5643L μC/OS-II 回卷恢復

【摘要】：安全關鍵系統(tǒng)的安全可靠性關系著人們的生命財產安全。為了增強安全關鍵系統(tǒng)的安全可靠性，本文研究了多種安全應用技術，并基于Freescale的雙核微控制器MPC5643L開發(fā)了一種安全應用平臺。安全應用平臺提高其安全可靠性的關鍵是冗余設計，無論是在硬件設計還是軟件設計上都有冗余思想的體現。 安全應用平臺選用的核心微控制器是一款性能良好的雙核微控制器MPC5643L，雙核冗余的架構以及芯片中以冗余為核心的安全設計使得MPC5643L具有很好安全性能。安全應用平臺中微控制器采用了鎖步模式運行，通過對比雙核的運行結果進行故障檢測并進行相應的故障處理，降低故障率，提高系統(tǒng)的安全性能。 安全應用平臺的安全硬件設計與實現。MPC5643L是安全應用平臺的核心，充分發(fā)揮其雙核的優(yōu)勢，，安全可靠地完成系統(tǒng)的控制功能。在安全應用平臺中設計了微控制器外部的可靠性存儲器鐵電RAM存儲模塊，可以將系統(tǒng)運行中的重要信息進行冗余存儲，以便在可恢復性故障發(fā)生時能夠將系統(tǒng)恢復到正常狀態(tài)，提高系統(tǒng)的安全性能。除此之外，系統(tǒng)還加入了RS232、RS485、CAN、Profibus等常用工業(yè)總線接口模塊、掉電檢測模塊、電平檢測、執(zhí)行器驅動、人機交互接口等，可以方便地進行相關安全應用的開發(fā)。 安全應用平臺安全軟件設計及實現。冗余也是軟件設計及實現的核心方法。通過雙核鎖步模式對微控制器進行故障檢測，并結合鐵電RAM實現了基于檢查點的回卷恢復。首先實現了裸板程序的回卷恢復，為了適應越來越復雜的功能需要，論文在嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II中實現了基于檢查點的回卷恢復，可以有效地實現消除部分故障，使系統(tǒng)恢復到正常狀態(tài)。除此之外，論文還實現了系統(tǒng)掉電恢復、開機自檢等安全功能，并通過故障注入技術對系統(tǒng)的安全性能進行驗證。 安全應用平臺在安全可靠性方面具有良好的性能，可以檢測、處理多種常見的故障。安全應用平臺充分地利用了雙核微控制器的安全性能，并在裸板程序以及嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II中實現了回卷恢復掉電恢復等故障處理功能，將系統(tǒng)的安全性能進行了很好的提升，除此之外安全應用平臺具有多種對外接口，可以應用到汽車等多種工業(yè)控制場所。
【關鍵詞】：冗余 安全關鍵系統(tǒng) 雙核微控制器MPC5643L μC/OS-II 回卷恢復
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X913;TP273
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目錄6-9
• 主要符號對照表9-11
• 第1章 引言11-16
• 1.1 課題背景介紹11-13
• 1.2 國內外研究現狀13-14
• 1.3 選題意義和研究內容14
• 1.3.1 課題的研究意義14
• 1.3.2 課題主要內容14
• 1.4 論文結構安排14-16
• 第2章 安全應用技術研究16-23
• 2.1 系統(tǒng)總體概述16
• 2.2 系統(tǒng)失效分析16-18
• 2.3 電子控制系統(tǒng)可靠性架構分析18
• 2.4 安全應用標準18-20
• 2.4.1 IEC6150818-20
• 2.4.2 ISO2626220
• 2.5 提高系統(tǒng)可靠性的方法20-22
• 2.6 本章內容小結22-23
• 第3章 Freescale MPC5643L 安全性能介紹23-34
• 3.1 Freescale MPC5643L 概述23
• 3.2 MPC5643L 整體分析23-26
• 3.2.1 MPC5643L 架構分析23-26
• 3.3 MPC5643L 功能性安全分析26-28
• 3.3.1 MPC5643L 復制區(qū)域26
• 3.3.2 ECC 錯誤校驗26
• 3.3.3 電壓及時鐘監(jiān)控26-27
• 3.3.4 內置自檢測功能27
• 3.3.5 故障采集和管理27-28
• 3.4 MPC5643L 的失效診斷與故障注入技術實現28-33
• 3.4.1 MPC5643L 的失效診斷實現28-29
• 3.4.2 MPC5643L 的故障注入技術實現29-33
• 3.5 本章內容小結33-34
• 第4章 安全應用平臺硬件電路設計與實現34-53
• 4.1 系統(tǒng)硬件電路整體設計概述34
• 4.2 系統(tǒng)硬件電路各模塊設計34-51
• 4.2.1 MPC5643L 微控制器核心電路34-36
• 4.2.2 電源模塊36-38
• 4.2.3 通信接口38-44
• 4.2.4 掉電檢測模塊44-46
• 4.2.5 鐵電 RAM 存儲模塊46-48
• 4.2.6 執(zhí)行器驅動模塊48
• 4.2.7 SPI 電平檢測模塊48-49
• 4.2.8 人機交互接口49-51
• 4.3 PCB 安全設計51-52
• 4.4 本章內容小結52-53
• 第5章 安全應用平臺軟件設計及實現53-83
• 5.1 系統(tǒng)軟件整體概述53
• 5.2 μC/OS 介紹53-55
• 5.2.1 μC/OS-II 概述53-54
• 5.2.2 μC/OS-II 特點54-55
• 5.3 程序回卷恢復55-77
• 5.3.1 程序回卷恢復基本原理55-60
• 5.3.2 程序回卷恢復軟硬件支持60-64
• 5.3.3 裸板程序檢查點設置及回卷恢復設計實現64-70
• 5.3.4 μCOS-II 任務回卷恢復設計實現70-76
• 5.3.5 提高任務回卷μCOS-II 實時性改進設計方案76-77
• 5.4 掉電恢復設計及實現77-81
• 5.5 本章內容小結81-83
• 第6章 系統(tǒng)測試與結果分析83-88
• 6.1 系統(tǒng)測試83-87
• 6.1.1 鐵電 RAM 存儲測試84-86
• 6.1.2 掉電恢復測試86-87
• 6.1.3 故障注入技術驗證平臺安全性能87
• 6.2 本章內容小結87-88
• 第7章 總結與展望88-91
• 7.1 論文工作總結88-89
• 7.2 課題的展望89-91
• 參考文獻91-93
• 致謝93-95
• 附錄 A 安全應用平臺系統(tǒng)實物圖95-97
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果97

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 陳火旺,王戟,董威;高可信軟件工程技術[J];電子學報;2003年S1期

2 張愛云;朱曉明;楊琛;;基于MC33972芯片的一種開關檢測電路的設計及實現[J];現代車用動力;2011年03期

本文編號：1077080