【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)用得越來越廣泛,安全計算機技術(shù)的發(fā)展越來越受到人們的重視,已經(jīng)形成了一個專門的學(xué)術(shù)分支。為了擴大適用范圍、減少開發(fā)成本和維護成本,安全計算機的開發(fā)正朝著通用化、可升級、可擴展等方向發(fā)展。 本文以基于通信的列車運行控制系統(tǒng)(CBTC)中區(qū)域控制器(ZC)和數(shù)據(jù)存儲單元(DSU)為應(yīng)用背景,通過對采用硬件、軟件冗余結(jié)合方式的可擴展安全計算機平臺的設(shè)計,研究了基于模型工程的系統(tǒng)開發(fā)方法在安全計算機平臺設(shè)計中的應(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)開發(fā)早期和整個開發(fā)生命周期內(nèi)對系統(tǒng)進行建模和驗證,以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題。架構(gòu)分析和設(shè)計語言(AADL)是一種支持模型工程的形式化建模語言。本文從基于AADL的系統(tǒng)開發(fā)生命周期模型出發(fā),完成了對CBTC系統(tǒng)中的安全計算機平臺的系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)高層AADL建模、平臺軟件AADL建模和驗證。 根據(jù)對CBTC系統(tǒng)安全計算機平臺的需求分析,設(shè)計了安全計算機平臺的高層AADL模型,并描述了該三模冗余安全計算機平臺實際結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由應(yīng)用軟件、平臺軟件、處理器和專門的冗余管理硬件單元(RM)組成的。論文詳細描述了安全計算機平臺的工作原理和RM硬件單元的邏輯功能。 論文詳細介紹了平臺軟件流程,并根據(jù)該流程設(shè)計了基于AADL的平臺軟件詳細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)列車運行控制系統(tǒng)的安全計算機平臺的需求,利用工具軟件OSATE驗證了基于AADL的實時響應(yīng)時間、系統(tǒng)安全等級和可調(diào)度性等特性,驗證結(jié)果表明了系統(tǒng)的完備性和設(shè)計的合理性。 可擴展安全計算機平臺原理樣機的制作和調(diào)試成功進一步證明了系統(tǒng)設(shè)計的正確性和可行性,也表明了以建模、驗證為基礎(chǔ)的模型工程開發(fā)方法適用于安全計算機平臺的設(shè)計。
【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)主要定義三個維度的容錯措施:通

供正確的輸入給關(guān)鍵任務(wù);3)檢測錯誤并診斷原因;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、誤差分析以及系統(tǒng)重構(gòu)都是由軟件來完成的，交互任務(wù)都被每個處理模塊冗余執(zhí)行，每個冗余執(zhí)行的結(jié)果都會被表決。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。每個處理單元中隔離的處理器執(zhí)行獨立的任務(wù)，，所以處理單元之間只需要松散同步機制。SITF的軟件結(jié)構(gòu)體系十分清楚，都采用SPECIAL語言進行軟件規(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分析系統(tǒng)的可靠性，也作為SIFT設(shè)計的形式化需求之一。 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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP302;U284.48

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本文編號：2675737