铁路安全计算机以及铁路安全管理平台

技术领域

本发明涉及安全计算机技术领域，尤其涉及一种铁路安全计算机以及铁路安全管理平台。

背景技术

在铁路交通技术领域，铁路部门在不同地点设置的电子计算机、终端装置用通信设备(或数据通信网络)和相应的通信协议，以形成铁路信息收集、存贮和处理的铁路计算机网络。然而，现有的铁路计算机网络中存在如下问题：1)、铁路计算机均使用国外中央处理器，在应用安全方面存在风险；2)、铁路计算机采用CPCI总线架构，在数据传输上有局限性；3)、铁路计算机可靠性、易维护性、模块互换性等方面存在局限。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种铁路安全计算机以及铁路安全管理平台，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种铁路安全计算机，其包括：背板、电源板、功能板以及PCIe总线；

所述背板上具有供电通道，所述PCIe总线集成于所述背板上；

所述电源板与所述供电通道相连接；

所述功能板按照所述铁路安全计算机的IMA架构被划分为：主控板、比较板以及通讯板；

所述主控板、比较板、通讯板均搭载2K1000处理器，所述主控板、比较板、通讯板的通讯接口分别与所述PCIe总线相连接，所述电源板、主控板、比较板、通讯板的供电接口分别与所述供电通道相连接；所述电源板、主控板、比较板、通讯板还分别具有各自的后插板。

作为本发明铁路安全计算机的改进，所述主控板、比较板、通讯板均具有第一处理器子模块和第二处理器子模块，所述PCIe总线包括：A总线和B总线，所述主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块分别连接至所述A总线上，所述主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块分别连接至所述B总线上。

作为本发明铁路安全计算机的改进，所述通讯板包括：ETH板、CAN板以及422板；

所述ETH板、CAN板以及422板的通讯接口分别与所述PCIe总线相连接，所述ETH板、CAN板以及422板的供电接口分别与所述供电通道相连接。

作为本发明铁路安全计算机的改进，所述主控板、比较板、通讯板对应的IMA架构包括：电源变换模块、数据处理模块、图形处理模块、大容量存储模块、输入输出模块、信号处理模块以及网络支持模块；

所述电源变换模块、数据处理模块、图形处理模块、大容量存储模块、输入输出模块以及信号处理模块分别与I2C总线数据交互；所述数据处理模块、图形处理模块、大容量存储模块、输入输出模块以及信号处理模块分别与所述网络支持模块数据交互，所述网络支持模块与所述I2C总线数据交互。

作为本发明铁路安全计算机的改进，所述铁路安全计算机还包括：上盖板、下盖板、左侧板、右侧板、横梁、把手以及法兰壁；

所述左侧板和右侧板相对设置，并与所述下盖板垂直连接，所述上盖板与所述下盖板相对设置，并与所述左侧板和右侧板垂直连接，所述横梁连接于所述上盖板、下盖板、左侧板、右侧板围成空间的顶部，并对所述上盖板进行支撑；

所述电源板、主控板、比较板、通讯板自前侧插接于所述上盖板、下盖板、左侧板、右侧板围成的空间中，所述后插板相对地自后侧插接于所述上盖板、下盖板、左侧板、右侧板围成的空间中。

作为本发明铁路安全计算机的改进，所述横梁下方还设置有对所述电源板、主控板、比较板、通讯板的插接提供导向的导轨条。

作为本发明铁路安全计算机的改进，所述左侧板和右侧板上均设置有把手和法兰壁，所述把手连接于所在侧板前端的边缘位置，所述法兰壁连接于所在侧板后端的边缘位置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种铁路安全管理平台，其包括：第一安全计算机和第二安全计算机；

所述第一安全计算机和第二安全计算机采用同构设计，二者为如上所述的铁路安全计算机；所述第一安全计算机的主控板与所述第二安全计算机的主控板进行数据交互。

作为本发明铁路安全管理平台的改进，所述第一安全计算机和第二安全计算机为如权利要求2所述的铁路安全计算机时：

所述第一安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块分别连接至对应的A总线上，所述第一安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块分别连接至对应的B总线上；

所述第二安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块分别连接至对应的A总线上，所述第二安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块分别连接至对应的B总线上；

所述第一安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块分别与所述第二安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块块数据交互；

所述第一安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块分别与所述第二安全计算机的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块块数据交互。

作为本发明铁路安全管理平台的改进，所述第一安全计算机和第二安全计算机均具有：调试网口/串口、电源接口、通信接口以及GPIO接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的铁路安全计算机搭载2K1000处理器，进而提高了计算机的安全性。同时，本发明的铁路安全计算机采用PCIe总线替代CPCI总线，进而实现了高速数据流传输。此外，本发明的铁路安全计算机中，功能板按照铁路安全计算机的IMA架构被划分为主控板、比较板以及通讯板，进而实现了功能模块的重定义以及互联，提高了模块的可靠性、易维护性、互换性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明铁路安全计算机一实施例的模块图；

图2为本发明铁路安全计算机一实施例中，采用同构AB冗余设计的拓扑图；

图3为本发明铁路安全计算机一实施例中，IMA架构的模块图；

图4为本发明铁路安全计算机一实施例中，机箱硬件的立体分解示意图；

图5为本发明铁路安全管理平台一实施例的模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明一实施例提供一种铁路安全计算机100，其包括：背板10、电源板20、功能板30以及PCIe总线40。

背板10用于集成电源供电通道以及总线通道等。本实施例中，背板10上具有供电通道，PCIe总线40集成于背板10上。相应的，铁路安全计算机100的电源板20与供电通道相连接。

功能板30按照铁路安全计算机100的IMA架构50被划分为：主控板31、比较板32以及通讯板33，并采用网络和PCIe总线40实现高速通信互联。从而，采用PCIe总线40替代CPCI总线，进而实现了高速数据流传输；同时，实现了功能模块的重定义以及互联，提高了模块的可靠性、易维护性、互换性。

具体地，主控板31、比较板32、通讯板33均搭载2K1000处理器。其中，2K1000处理器为龙芯自主研发的一款面向嵌入式领域的国产化处理器。与本实施例铁路安全计算机100相适应地，该2K1000处理器应当具有千兆网络接口、PCIe总线40、CAN接口、422串口等；性能与AMD LX800相当。通过搭载2K1000处理器，提高了计算机的安全性。

进一步地，主控板31、比较板32、通讯板33的通讯接口分别与PCIe总线40相连接。其中，PCIe(PCI-Express)是一种通用的串行总线规范，将PCI的并行总线发展为高速串行总线，总线频率从PCI的33M/66M提高到1.25G-8G，大幅度提高的数据传输能力，并保持了与PCI规范的兼容性。本实施例中，采用PCIe桥接技术，实现各模块之间的通信，不再采用主从模式，如此可以进一步提高各模块的数据处理能力，分担主控板31的计算压力，并遵循IMA的架构标准。

通讯板33包括：ETH板330、CAN板331以及422板332。

其中，ETH板330、CAN板331以及422板332的通讯接口分别与PCIe总线40相连接，ETH板330、CAN板331以及422板332的供电接口分别与供电通道相连接。

如图2所示，主控板31、ETH板330、CAN板331、422板332内部都采用同构的AB冗余设计。具体而言，主控板31、比较板32、通讯板33均具有第一处理器子模块和第二处理器子模块。相应的，PCIe总线40包括：A总线和B总线。主控板31、比较板32、通讯板33的第一处理器子模块分别连接至A总线上，主控板31、比较板32、通讯板33的第二处理器子模块分别连接至B总线上。

从而，对于主控板31而言，主控板31的主处理器的PCIe总线40通过非透明桥连接至各个通信板的主处理器上，同理主控板31上从处理器的PCIe总线40通过非透明桥连接至各个通信板的从处理器上，在PCIe总线40上构造出点对点的共享内存操作模式，从而可以与目前使用的基于双口RAM的操作模式实现软件层面上的兼容，尽可能减少软件架构和代码修改的工作量。主、从处理器之间也可通过冗余的以太网进行通信，实现同步和数据交互。

此外，电源板20、主控板31、比较板32、通讯板33的供电接口分别与供电通道相连接。电源板20、主控板31、比较板32、通讯板33还分别具有各自的后插板。

如图3所示，如上所述，功能板30按照铁路安全计算机100的IMA架构50被划分为：主控板31、比较板32以及通讯板33。其中，主控板31、比较板32、通讯板33对应的IMA架构50包括：电源变换模块51、数据处理模块52、图形处理模块53、大容量存储模块54、输入输出模块55、信号处理模块56以及网络支持模块57。

具体地，电源变换模块51用于实现一次电源到通用计算平台二次电源之间的隔离滤波和电压转换，满足通用计算平台内部各功能模块用电需求。

数据处理模块52用于实现综合任务管理等功能，满足HK系统各应用和平台管理对运算资源的需求。

图形处理模块53用于实现图像采集、接收、变换、叠加、合成及格式转换等功能，满足HK系统视频监控、稳像等功能对图形图像资源处理的需求。

大容量存储模块54用于实现该通用计算平台系统的数据存储、读取和离线导出，满足平台管理的配置管理、故障诊断与健康监测等功能对存储资源的需求；满足HK系统各应用的数据存储、状态记录等对存储资源的需求。

输入输出模块55用于实现CAN总线、标准以太网、GPIO等接口到实时控制以太网的接入功能；实现传统总线到通用计算平台的接入。

上述电源变换模块51、数据处理模块52、图形处理模块53、大容量存储模块54、输入输出模块55以及信号处理模块56分别与I2C总线数据交互；数据处理模块52、图形处理模块53、大容量存储模块54、输入输出模块55以及信号处理模块56分别与网络支持模块57数据交互，网络支持模块57与I2C总线数据交互。

此外，铁路安全计算机100的IMA架构50还包括：背板10模块和机箱模块。

其中，背板10模块用于实现各功能模块开放式模块架构下的互联。背板10模块具有电源供电通道、实时控制以太网络通道、I2C内部管理总线通道以及对外接口连接通道，满足功能模块之间的连接需求和通用计算平台与HK系统其它单体设备的连接需求。

机箱模块用于为电源、通用计算、数字计算、数据存储等核心模块提供全加固机箱；为远程的图形处理模块53和电源模块的子系统提供全加固机箱；为远程的接口接入模块和电源模块的子系统提供全加固机箱。

上述数据处理模块52、图形处理模块53、输入输出模块55、大容量存储模块54、信号处理模块56等模块都具有各自有独立CPU和操作系统，能够按模块承担的主要功能进行数据预处理、集中处理，为全系统提供计算、图形、接口、存储、信号等专业处理服务。

如图4所示，在机箱的硬件层面，铁路安全计算机100还包括：上盖板61、下盖板62、左侧板63、右侧板64、横梁65、把手66以及法兰壁67。

其中，左侧板63和右侧板64相对设置，并与下盖板62垂直连接，上盖板61与下盖板62相对设置，并与左侧板63和右侧板64垂直连接，横梁65连接于上盖板61、下盖板62、左侧板63、右侧板64围成空间的顶部，并对上盖板61进行支撑。

从而，上述上盖板61、下盖板62、左侧板63、右侧板64围成一装配空间，电源板20、主控板31、比较板32、通讯板33自前侧插接于上盖板61、下盖板62、左侧板63、右侧板64围成的装配空间中。此外，为了便于电源板20、主控板31、比较板32、通讯板33的插接，横梁65下方还设置有对电源板20、主控板31、比较板32、通讯板33的插接提供导向的导轨条68。

如上所述，电源板20、主控板31、比较板32、通讯板33还分别具有各自的后插板。相应的，后插板相对地自后侧插接于上盖板61、下盖板62、左侧板63、右侧板64围成的装配空间中。

此外，左侧板63和右侧板64上均设置有把手66和法兰壁67，把手66连接于所在侧板前端的边缘位置，法兰壁67连接于所在侧板后端的边缘位置。把手66上还设置有耳翼661。

如图5所示，本发明另一实施例还提供一种铁路安全管理平台200，其包括：第一安全计算机101和第二安全计算机102。

其中，本实施例的铁路安全管理平台为具有2×2oo2冗余结构的SIL4级安全平台，平台需满足铁路地面信号系统的应用需求，可提供多种对外接口，并具备可扩展性，以满足铁路信号系统行业发展的新需求。

具体地，第一安全计算机101和第二安全计算机102采用同构设计，二者为如上实施例所述的铁路安全计算机100。即，第一安全计算机101和第二安全计算机102均具有：1块主控板、1块电源板、1块背板和若干块通信板(包括ETH板/422板/CAN板)和对应后插板，并预留比较板接口，相同类型的模块可完全互换，可根据不同地面信号系统的工作模式需求，配置不同数量的模块。

第一安全计算机101的主控板与第二安全计算机102的主控板能够进行数据交互。进一步地，当第一安全计算机101板与第二安全计算机102的主控板、ETH板、CAN板、422板内部都采用同构的AB冗余设计时：

第一安全计算机101的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块分别连接至对应的A总线上，第一安全计算机101的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块分别连接至对应的B总线上；

第二安全计算机102的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块分别连接至对应的A总线上，第二安全计算机102的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块分别连接至对应的B总线上；

第一安全计算机101的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块分别与第二安全计算机102的主控板、比较板、通讯板的第一处理器子模块块数据交互；

第一安全计算机101的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块分别与第二安全计算机102的主控板、比较板、通讯板的第二处理器子模块块数据交互。

如此，主控板、ETH板、CAN板、422板内部都采用同构的AB冗余设计，并包括总线和网络连接；第一安全计算机101板与第二安全计算机102之间采用主控板上以太网接口通信；主控板通过透明桥连接连接其它板上的非透明桥，形成PCIe总线40系统；此外通过采用两条PCIE总线40，其中A总线连接各板卡中第一处理器子模块、B总线连接各模块卡中第二处理器子模块；A、B总线通过背板10走线，背板10采用无源结构。

此外，采用AB冗余设计的条件下，第一安全计算机101和第二安全计算机102均具有：调试网口/串口、电源接口、通信接口以及GPIO接口。

综上所述，本发明的铁路安全计算机搭载2K1000处理器，进而提高了计算机的安全性。同时，本发明的铁路安全计算机采用PCIe总线替代CPCI总线，进而实现了高速数据流传输。此外，本发明的铁路安全计算机中，功能板按照铁路安全计算机的IMA架构被划分为主控板、比较板以及通讯板，进而实现了功能模块的重定义以及互联，提高了模块的可靠性、易维护性、互换性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。