一种用单cpu实现安全系统对外安全通讯的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轨道交通的安全通讯系统，尤其是涉及一种用单CPU实现安全系统对外安全通讯的装置。
【背景技术】
[0002]在现代轨道交通控制系统中，不论是高铁的CTCS2/CTCS3系统，还是地铁的CBTC系统，各安全系统间都必须接口，进行安全的数据通讯和数据交换。如何在各安全系统的相互通讯中，保证所传输安全数据的安全性，是必须要解决的问题。
[0003]目前，安全系统一般均采用多重冗余系统，各系统间的通讯一般采用被公认的安全通讯协议。例如，在国铁信号系统中采用的RSSP-1、RSSP-1I和Subset-098，是较为成熟的安全通讯协议。
[0004]对多重冗余系统来说，需要比较多的对外安全接口。例如，对于高铁信号系统来说，车站列控中心系统需同相邻的列控中心系统、联锁系统和临时限速服务器这些安全系统接口。对于众多的安全接口，一般可以在原有的多重冗余系统上直接增加安全接口，但这样会造成安全系统处理上的困难(处理能力、处理周期、系统的大幅调整等)，随意增加接口也还带来安全系统的稳定性等问题。目前，对现有安全系统的对外接口存在如下的问题:
[0005]I)各接口的通讯协议和数据内容不一样，很难实现安全通讯的统一处理，每次增加接口就意味着安全系统的重新调整、测试和认证；
[0006]2)安全协议等的不同造成了所用安全原理的不同，使多重冗余系统的安全处理很难一致；
[0007]3)多重冗余系统中一般只能有一个CPU对外接口，接口 CPU的指定，会增大多重冗余CPU负担的工作的差异，使多重冗余CPU的同步遇到困难；
[0008]4)在安全系统上随意增加接口会带来安全系统的稳定性问题，而安全系统的宕机一般会引起安全系统停用，甚至影响行车。
【发明内容】
[0009]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全性高、稳定性好、用单CPU实现安全系统对外安全通讯的装置，采用统一的安全原理并能实现对不同系统按不同通讯协议进行安全通讯。
[0010]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0011]一种用单CPU实现安全系统对外安全通讯的装置，其特征在于，包括与多个外部安全系统通信连接的内部安全系统，该内部安全系统包括多个多重冗余数据处理CPU以及分别与每个多重冗余数据处理CPU通信连接的接口 CPU，该接口 CPU负责同其它安全系统按不同的安全通讯协议进行通讯和信息交互。
[0012]所述的接口 CPU内嵌有内部安全系统接口模块、外部安全系统接口模块和数据处理与转换模块；
[0013]所述的内部安全系统接口模块，与内部安全系统中的每个多重冗余数据处理CPU进行逻辑连接；
[0014]所述的外部安全系统接口模块，用于按照相应的通道要求和安全协议要求，同各个外部安全系统进行安全通讯；
[0015]所述的数据处理与转换模块，用于负责数据的汇集和分发。
[0016]所述的内部安全系统接口模块与各数据处理CPU采用安全通讯协议N进行通讯，所传输的数据可采用原有系统的安全编码或通用的CRC编码进行防护。
[0017]所述的外部安全系统接口模块将数据处理与转换模块组完帧的发送帧数据发送给外部安全系统，并将接收到的安全数据按接收帧的格式存储在接口 CPU中。
[0018]所述的数据处理与转换模块对每个数据处理CPU发送的数据进行合帧，完成对内接收数据到安全通讯发送帧的数据转换、组帧和分发，以及安全通讯接收帧到对内发送数据的转换和整合。
[0019]所述的数据处理与转换模块处理过程中，对内发送数据和对内接收数据，以及安全通讯接收帧和发送帧都是带有防护的安全数据。
[0020]所述的数据处理与转换模块具体处理过程如下:
[0021]首先对内部安全系统的多个多重冗余数据处理CPU传输来的信息进行合并的工作，即将多个数据处理CPU传来加防护的发送数据组合成新的发送数据；
[0022]随后，将内部安全系统来的发送数据根据内容进行分拆，按对外安全通讯的协议PU P2……Pn分别进行组帧；同时，接口 CPU负责将通过对外通道Cl、C2……Cn并通过安全通讯协议Pl、P2……Pn通讯得到的数据，转换为内部的接收数据；
[0023]最后，对从外部安全系统收到的信息，在整合并转换成符合安全编码的数据后直接传递给内部安全系统的多个数据处理CPU，由多个数据处理CPU进行处理。
[0024]数据转换过程采用安全的数据转换，在转化数据的同时，将数据的原有检验转化形式后计入新的数据检验。
[0025]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0026]I)采用统一的单CPU进行接口的转换和实现对外部安全系统的连接，在增加设备不多和花费不大的情况下，可以预先完成对内部安全系统内部接口的开发并预留对外部安全系统Bn的接口，增加了系统的灵活性。同时，大大地简化各子系统的功能并降低了开发难度，也能更好保证系统的安全性和稳定性，是一种有化繁为简且能取得良好效果的接口方式。
[0027]2)在单CPU的具体实现方式上，提出了采用信息合帧和带防护的安全转换来实现接收数据/发送数据和安全通讯协议的相互转换的方式，得到了接口 CPU进行安全通讯的统一方式，也确保了接口 CPU的安全性，解决了安全系统对外通讯的安全性难题。
[0028]本发明带来了有益的效果，具体如下:
[0029]I)在内部安全系统中增加单CPU负责同安全系统进行接口，可以采用统一的既定的内部接口，提前进行接口 CPU的开发，大大缩短对外接口的开发周期，提升系统开发的效率。
[0030]2)增加单CPU对外接口，可以使内部安全系统的主体部分不同外系统直接相连，减小内部安全系统中各部分的复杂性，易于实现系统的稳定性。
[0031]3)最为重要的，增加单CPU对外接口，可以确保内部安全系统主体部分的安全性；同时，采用统一的方式进行数据的接收/发送和数据转换，使接口 CPU也得到了很好的安全保证，确保了系统的安全性。
[0032]4)接口 CPU的使用，增加了内部安全系统对外部安全系统Bn接口的灵活性，也使系统可以适合于更复杂的接口情况。
【附图说明】
[0033]图1为本发明接口CPU实现安全系统对外安全接口的系统图；
[0034]图2为本发明接口 CPU的多线程设计示意图；
[0035]图3为本发明数据处理和转换线程的流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0037]实施例
[0038]本发明在内部安全系统中设置一个单CPU作为专门的接口 CPU，统一由其负责同其它外部安全系统进行接口，按不同的安全通讯协议进行通讯和信息交互。接口 CPU—般可以采用通用的商用单板机(对外接口需比较灵活)，也可以直接采用工控机。接口 CPU的系统连接图如图1所示。
[0039]这种装置的主要连接如下:
[0040]I)接口 CPU同原有的安全系统A进行接口，一般可以通过内部接口如网口、串口、CAN 口等进行连接。以原安全系统为2取2系统为例，接口 CPU需同CPUl和CPU2进行连接，其逻辑连接如图1。其物理连接可以根据具体的要求进行设计，如为网络连接和CAN 口连接，则接口 CPU只需要一个物理接口进行连接；如为RS232串口连接，接口 CPU则需要不同的接口同CPUl和CPU2进行连接。
[0041]2)接口 CPU可以同多个外部安全系统Bn进行连接，其逻辑连接如图1。其物理连接可以根据网络组成的实际情况进行连接。
[0042]这种装置的主要处理内容如下:
[0043]I)同系统A接口:接口 CPU同原有安全系统A的多个CPU分别进行逻辑连接，并采用安全通讯协议N进行通讯，所传输的数据可采用原有系统的安全编码(系统A中原来采用的安全防护编码)或通用的CRC编码进行防护。接口 CPU同安全系统的多个CPU间一般要求有较频繁的传输速率和较快的传输速度，一般要求比安全系统A同外界的接口快和频繁。
[0044]2)同外部安全系统Bn接口:接口 CPU负责按照相应的通道要求和安全协议要求，同各个外部安全系统Bn进行安全通讯，将接口 CPU组完帧的发送帧数据发送出去，并将接收到的安全数据按接收帧的格式存储在接口 CPU中。
[0045]3)数据处理和转换:接口 CPU首先对安全系统的多个CPU传输来的信息进行合并的工作，一般可以简单采用合帧的方式，即将多个CPU传来加防护的发送数据组合成新的发送数据；随后，接口 CPU负责将系统A来的发送数据根据内容进行分拆，按对外安全通讯的协议P1、P2……Pn分别进行组帧；同时，接口 CPU负责将通过对外通道Cl、C2……Cn并通过安全通讯协议P1、P2……Pn通讯得到的数据，转换为内部的接收数据。在这些数据的转换中，必须要实现安全的数据转换。单CPU实现编码转换的原理为:在转化数据的同时，将数据的原有检验转化形式后计入新的数据检验。也就是将简单的数据赋值，转变为多步操作，包括:1)数据的赋值；2)将校验码纳入运算，将结果计入新的数据的校验。这样可以防止单点的故障，包括判断的错误。接口 CPU对从其它安全系统Bn收到的信息，在整合并转换成符合安全编码的数据后直接传递给安全系统的多个CPU，由多个CPU进行处理。
[0046]要实现安全系统同外部安全系统的安全接口，最为困难的问题是必须解决相应的安全问题，也就是安全系统A和安全系统Bn间的通讯，必须要保证数据从这个安全系统传递到那个安全系统中，出错的概率要小于10Λ这种装置很好地解决了这个问题，其主要安全原理如下:
[0047]I)在系统A的CPUl和CPU2中，采用原有系统的安全原理(可以是安全编码技术和安全冗余技术)来保证系统的安全；
[0048]2)在系统A的CPUl和CPU2同接口 CPU通讯的过程中，通过对接受接收数据和发送数据进行防护