计算机联锁系统中冗余CAN总线接口的研究

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CAN总线冗余系统的研究及可靠性分析

可靠性模型，对不同冗余系统的可靠性进行了分析，出Ｃ并得ＡＮ总线不同冗余系统可靠性的优劣．
关键词：ＣＡＮ总线；冗余技术；模型；可靠性中图分类号：Ｆ６．７８３文献标识码：ＡＤＯＩ１．９９ｊｉｓ．６１６０．０００．１：０３６／．ｓｎ１７９６２１．５０９
总线控制器与２个总线驱动器之间设置判断电路．如果１总线发生故障，关闭它与总线控制器之间的个则信号通道，正常总线上的报文仍能顺利送往总线控而
制器Ｌ．３ｊ
网络的系统中，为了提高系统的可靠性和整体性能，需要对总线的各个部分进行不同程度的冗余．据冗根余硬件的结构形式不同，冗余可分为系统级、制器控级、动器级冗余等．驱
思想的指导下发展起来的．以Ｃ在ＡＮ总线作为底层
（）１总线驱动器级冗余．如图２所示，总线驱动器级冗余的基本思路是使用２条总线电缆，个节点内每部使用２总线驱动器，只有１个总线控制器，在个但
０～ｔ分得：积
Ｒ（）＝ｔ（）５
可见，元件的可靠度随时间呈负指数分布．
２２可靠性模型的建立及可靠性分析．

冗余CAN总线在机电管理系统中的应用研究

李军，李林，张晓艳
（中国航空计算技术研究所，陕西西安７０６）１０８
摘
要：ＡＣＮ总线作为现场总线的一种，已在多个军用和民用领域得到了广泛的应用和推广。针对
机电管理系统的实时数据采集、时控制及综合化的设计需求，计和实现基于冗余ＣＮ总线的分实设Ａ
的控制器为冗余设计，系统中机电总线Ａ和Ｂ互为冗余，各节点通过双通道ＣＮ接口与冗余ＣＮ总线ＡＡＡ和Ｂ相连接。系统在正常状态下，有一个主控制器只和一条ＣＮ总线在工作，Ａ当一个控制器故障时备控制
器接管系统管理工作，者当一个ＣＮ总线故障时，或Ａ控制器启动备用ＣＮ总线完成对整个系统的控制。Ａ
一
计需求，电管理系统与机电子系统之间需要交互的机信息量越来越大，机对于机载设备资源利用的性价飞比和费效比也提出了更高的要求，因此基于总线实现系统的综合管理成为一种趋势。ＣＮ总线作为工业现场总线的一种，Ａ因其具有较高的位速率和极高的抗电磁干扰能力，侦测和处理能
，
各个子节点和控制器之间设置两条ＣＮ总线实现Ａ
产生的任何总线错误，并且具有高可靠性、实时陛和灵活性，因此被广泛地应用环境监测、电力系统监测、野
外考察及日常生活中。
机电系统的开放式互联，以保证通讯畅通和稳定。第

冗余CAN总线高可用计算机系统设计与实现

－
７８・
微
处
理
机
靠、持久的外部存储能力。各个模块之间通过ＣＮＡ
总线进行命令和数据交互。
图１高司用计算机系统的组成
计算机模块的定义如下： ①计算机工作模块：处于工作状态的计算机模块，执行一定的任务； ②计算机温备模块：指处于待命状态的计算机模块，该模块在逻辑上与整个系统断开。温备模块中存在一个系统后台任务，只接收特定的指令； ③计算机冷备模块：指处于断电状态的计算机模块，该模块未上电加载软件系统，在物理上与整个系统断开。
ＣＮ控制器采用Ｐｉｐ公司独立的ＣＮ总线ＡｈｌｓｉＡ
整个可更换计算机系统中的节点在监控节点的控制下进行调度和状态转换。应该说明，控节点监并不属于中心控制节点，只是一个分布式节点，执行系统监控的任务。为了增强系统的可靠性，可能有多个节点同时执行监控任务。
３基于冗余ＣＮ总线的通信系统设计Ａ
３１基于控制器级的冗余ＣＮ总线结构．Ａ
典型的ＣＮ总线电路可分为３个环节，Ａ即微处
３期
郑欢欢等：冗余ＣＮ总线高可用计算机系统设计与实现Ａ
・７９・
支持更换过程的热插拔控制器是Ｍａｉ公司ｘｍ的ＭＸ２１它采用了集成限流方案，化了浪涌Ａ４７，简
ＣＮ总线具有可靠性高、时性好、活性Ａ实灵强的突出特点，经越来越多的应用于航空领已域。针对航空领域的ＣＮ总线应用需求，国Ａ德Ｓｏｋ航空系统公司还专门在ＣＮ总线基本规范的ｔｃＡ

基于CAN总线的计算机联锁通信系统研究

-22-/2012.05/间出现的个数，转入“跟踪”状态后，设备每秒发25对询问脉冲，按70%概率计算，每秒应收到17.5对回答脉冲，如飞机相对于地面速率为±2km/s，则最差的情况时，连续有6对脉冲未收到，第7对脉冲收到时，飞机已飞越560m，相当于4μs时间，所以设定跟踪区间为±1km，足以满足动态范围需要，丢失信号即“记忆”后8s范围内，可按地速±2km/s逐步扩大搜索范围，而显示值则按原值加当时速率值继续输出，直到抓住新值。

如4s时△t=±8km，8s时△t=±16km，在△t范围内的任何一点如连续收到3组脉冲，即可认定重新抓住了信号，可锁定后继续“跟踪”，否则过15s，即转入“搜索”，按原方法重新搜索信号。

在A/A-X状态，设备除发出询问脉冲并等待回答信号外还接收其它设备发出的询问脉冲，经译码识别确认后驱动总延时为T 0=50μs固定延时电路延时后，形成3μs回答脉冲送至发射分机电路，当有外界封闭信号出现时，发射脉冲不输出，起到一保护作用。

为保护发射分机不因发射脉冲太多而烧毁，应控制到发射分机的询问脉冲和回答脉冲发射数量，不超过600个。

4.硬件电路方案本项目硬件电路部分主要是采用大容量的CPLD+DSP数字信号处理相结合，硬件电路设计主要包括信号预处理电路、CPLD电路、DSP处理电路等各部分电路之间的接口设计以及电源电路等部分。

硬件电路为软件处理模块提供输入数据和处理资源，并在软件的统一协调下完成数字信号处理。

硬件原理框图如图2所示。

5.结束语提出了一种利用DSP和CPLD相结合的方式来完成塔康系统的测距、侧位功能，利用数字信号处理和可编程逻辑器件来合理分配所需完成的功能。

使得设备可靠性增强、功能模块清晰。

实际表明该方法有效可行。

参考文献[1]程慧莉,张洪戎.智能导航总体框架[J].北京航天航空大学.[2]张忠兴.无线电导航原理[J].空军电讯工程学院.[3]1993.9ICAO,AERONAUTICAL TELECOMMUNICATIONS ANNEX10.1990-11-15.作者简介：赖杰鹏（1976—），大学本科，工程师，陕西凌云集团有限公司设计所设计师，主要研究方向：导航、信号处理。

双冗余CAN总线及其可靠性研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣＡＮｂｕｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｉｅｒｌｓｉｌｃｓｏｆＣＡＮｎｅｔｗｏｒｋｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｄｅａｏｆａｄｏｕｂｌｅｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｆａｕｌｔ — ｔｏｌｅｒａｎｔｄｅｓｉｇｎｕｓｉｎｇｄｕａｌｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｕｎｎｉｎｇａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｂｕｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｄｒｉｖｅ．ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｅｄｌｕｍｆｏｒａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｈａｒｄｗａｒｅｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｄｕａｌｒｅｄｕｎｄａｎｔＣＡＮｂｕｓ，ａｄｏｐｔｓｄｏｕｂｌｅｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｈｅａｔｂａｃｋｕｐｏｎａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｌｉｎｋ．ＡｎｄｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｄｕａｌｒｅｄｕｎｄａｎｔＣＡＮｎｅｔｗｏｒｋｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓＦｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｅｄｕｎｄａｎｔｂｕｓｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ

CAN总线的双机冗余系统设计说明

课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要CAN总线的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。

它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

随着功能强大的单片机在控制领域应用的不断深入,容错控制系统也在不断地发展,在一些特定的场合下,如在航空航天、军事、铁路、石油、化工、电力等重要部门和在恶劣工作环境下工作的计算机控制系统,对系统安全性、可靠性、可用性的要求更高。

双冗余系统的两个模块同时执行一样的操作,在其中一个模块出现故障的时候,可以自动判断切换,以保证系统稳定、可靠、不间断的工作。

双冗余系统不仅有较高的可靠性,而且有很高的安全性,因此在控制领域中可广泛应用。

关键词：CAN总线；单片机；双冗余系统；目录第1章绪论 (1)1.1CAN总线的发展 (1)1.2CAN通信特点 (1)1.3CAN总线的应用 (2)第2章课程设计的方案 (3)2.1系统整体结构 (3)2.2系统设计方案选择 (4)2.2.1主控机的选择 (4)2.2.2现场总线收发器选择 (4)2.2.3现场总线控制器选择 (5)第3章系统硬件设计 (6)3.1单片机最小系统设计 (6)3.2总线控制器设计 (7)3.3总线收发器设计 (8)3.4总体连接图 (9)第4章软件设计 (10)4.1主程序流程图 (10)4.2接收中断服务程序流程图 (11)4.3系统程序 (13)第5章课程设计总结 (16)参考文献 (17)第1章绪论1.1CAN总线的发展CAN (Controller Area Network) 是现场总线的一种，即控制器局域网，CAN 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，是由德国Bosch 公司为汽车的监测和控制系统而设计的, 目前 CAN总线规范已被国际标准化组织 ISO 制订为国际标准 ISO11898，并得到了 Motorola，Intel，Philips 等大半导体器件生产厂家的支持，迅速推出各种集成有 CAN 协议的产品，用于汽车内部检测部件与执行部件间的数据通讯。

计算机联锁硬件冗余结构

计算机联锁硬件冗余结构作者：凌立来源：《电子技术与软件工程》2018年第16期摘要随着现代计算机技术的发展，车站的联锁控制系统主要采用计算机联锁。

对计算机联锁系统考核和验证其优点时，安全是决定性因素，而安全性又是用可靠性来保证的。

论文针对计算机联锁技术的安全性和可靠性，在计算机联锁硬件冗余结构方面进行了综合分析和深入研究，提出了提高计算机联锁硬件系统的安全性、可靠性措施，大大提高了计算机联锁技术故障—安全性，进而保证了铁路运输安全。

【关键词】计算机联锁硬件冗余结构1 计算机联锁硬件冗余结构冗余结构，顾名思义，就是多增加的硬件模块。

从系统完整性分析这是多余的且增加了系统的运行时间，但是这种冗余结构对系统的安全性和可靠性的提高起了决定性作用。

铁路车站计算机联锁发展了很长时间，出现了不同的计算机联锁系统，但共同的特点就是系统硬件采用可靠性和安全性冗余结构以保证联锁控制的可靠性和安全性。

1.1 单机故障安全系统单机系统的优点是处理数据速度快，结构简单，硬件数目少，占用面积少。

因为单机系统中只有一个处理器，所以要把这个处理器的功能进行最大化利用，使处理信息速度快，大数据量处理。

在设计这种单机系统时，要在输入和输出结构上都加入环状检查结构，这样一旦系统的输出和输入出现了故障，就能在第一时间判断出，减少发生事故的概率，其结构如图1所示。

1.2 双机储备系统双机储备系统需要两个相同结构相同设置相同功能的计算机。

其中的一台在工作状态，系统中的双机切换输出一直是开启的，另一台备份，其结构如图2所示。

工作时两个计算机都是热机，都在系统中运行，只是一个主机一个备用机，但是某一个计算机不是一直保持主机，它们之间可以相互互换，相互备用。

一旦主机出现了故障，双机切换装置就发出命令，令备用机变成主机，继续完成联锁任务。

双机储备系统需两台主机，且二者相互独立、互不干扰。

但是这两个主机间又有一个电气原件进行联系，所以就会出现两种工作形式。

联锁系统冗余结构设计方案及问题探讨

技术装备联锁系统冗余结构设计方案及问题探讨刘兰杰（北京交大微联科技有限公司验证和确认部，北京100043）摘要：联锁系统是轨道交通系统中最基础的信号子系统，该系统对可靠性和安全性均有较高要求，为满足这些要求，需要对联锁系统的硬件和软件分别采取特殊的安全技术措施。

从系统硬件结构、热备冗余功能和通信接口3个方面进行设计，并在设计过程中分别实施安全措施。

在系统硬件结构设计中，采用组合式故障安全技术，从系统的内部独立性和外部独立性进行考虑；系统冗余功能设计中采用双机热备冗余功能，功能上重点考虑双机同步、双机切换、备系热备的逻辑进行设计；系统通信接口设计采用序列号、时间戳、CRC等技术保证通信数据的安全性。

关键词：轨道交通；计算机联锁系统；2乘2取2；热备冗余；安全通信中图分类号：U284.3 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）11-0058-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.05.30.0010 引言联锁系统应根据联锁标准要求设计为2乘2取2冗余结构，该结构硬件平台由4个单元组成，每个单元中的CPU具有各自独立的总线、RAM、ROM及必要的外围器件，具体冗余功能需要根据联锁系统的使用场景和系统特点作进一步设计。

在联锁系统冗余设计中2取2冗余结构是指一系中的2个单元应同步执行相同的联锁运算，并通过相互校核，保证只有在运算结果完全相同时才对外输出，否则停止输出［1］。

比较的内容主要包括传输通道的正确性和完整性、数据长度和数值的一致性，这些内容均比较通过且同步时间在要求的时间内才可向外输出，否则系统应输出安全状态。

2乘2冗余指4个单元分为相同的两系，一系为主系，一系为备系，两系中只有主系对外输出，备系不输出，2乘2冗余系统结构应考虑备系热备、主备系切换的功能场景。

联锁系统2乘2取2冗余结构设计还应考虑系统主系和备系之间的数据通信，应保证通信数据的正确性、完整性、实时性等，可采用序列号、时间戳、作者简介：刘兰杰（1985—），女，工程师。

双冗余CAN总线模块的设计与实现

双冗余CAN总线模块的设计与实现摘要:为满足恶劣环境下计算机系统的高可靠性需求，将冗余技术结合到CAN总线模块的硬件与软件开发中，介绍其总体方案。

硬件及软件设计方法，重点描述了在V×Works系统下的驱动软件实现，给出了部分实现细节及设计流程。

测试结果表明，此设计可成功实现CAN冗余模块在总线故障情况下的冗余切换，提高了设备可靠性。

引言冗余技术有两种方式:工作冗余和后备冗余。

工作冗余是对关键设备以双重或三重的原则来重复配置，这些设备同时处于工作运行状态，工作过程中若某一台设备出现故障，它会自动脱离系统，但并不影响系统的正常工作。

后备冗余方式是使一台设备投入运行，另一台冗余设备处于热备用状态，但不投入运行，在线运行设备一旦出现故障，后备设备立即投入运行。

常用的冗余系统按其结构可分为并联系统。

备用系统和表决系统3种。

最简单的冗余设计是并联装置，其它方法还有串并联或并串联混合装置和多数表决装置等。

本文通过以上冗余技术的分析选择，将其结合到CAN总线模块的设计中，并在V×Works系统下设计了双冗余驱动，通过测试，验证了本设计的有效性。

1 总体设计双冗余CAN总线模块设计主要包括硬件与软件设计两部分。

为实现冗余功能，硬件上需要有几个相同可独立工作的设备支持;软件上要具备错误检测和动态切换功能，且切换时间要尽可能短。

在本设计中，双冗余CAN总线模块硬件配置两个独立的CAN控制器，并有FPGA对其进行控制，软件通过读取CAN总线状态寄存器判断是否进行冗余切换动作。

下面将详细描述双冗余CAN总线模块的硬件与软件设计，以及冗余功能的实现细节。

2硬件设计我们选择PCI9052作为接口芯片，利用功能芯片实现硬件的逻辑和物理实现。

CAN控制器采用PHILIPS的SJAl000,可工作于BasicCAN模式或PeI.CAN模式下，其中PeIiCAN模式支持CAN 2.0B协议，采用8位地址/数据复用总线接口。

CAN总线通信在全电子计算机联锁系统中的应用

插箱１
＼插箱 Ⅳ
２全电子计算机联锁系统结构说明
图ｌ是全电子计算机联锁系统的结构图，其中联锁逻辑运算部分采用冗余二取二结构安全平台，安全平台之间通过冗余光纤通道同步；执行部分采
用全电子执行单元，执行单元的种类包括道岔模块、
ＣＡＮ总线通信在全电子计算机联锁系统中的应用
陈真王锁平梁慧娟
２００９４９）
（上海亨钧科技股份被普遍采用，但受通信节点数量和通信速率限制，其应
用受到一定限制。在全电子计算机联锁系统设计中，采用二级ｃＡＮ总线架构模式和排队机制，实现
以太网Ａ
以太网Ｂ
余联锁电机Ａ源
联锁机Ｂ同步光纤Ｂ
ＲＳ－４２２总线ＣＡＮ总线ＡＣＡＮ电务维护ＣＡＮ总线Ｂ
点下的通信实时性保证，是ＣＡＮ总线在全电子联锁系统应用中重点考虑的问题。
ＣＡＮ总线在多节点、实时性应用条件下的稳定通信，并在冗余线路的基础上，实现高可靠性的数据
通信。
关键词：ＣＡＮ总线；多通信节点；全电子计算机联锁系统
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＡＮｂｕｓｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｒａｉｌｗａｙｓｉｇｎａｌ－ｒｅｌａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｓ，ｂｕｔｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｒｅｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｂｙｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｈｅｔｍａｘｉｍｕｍｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｏｄｅｓａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｉｎｈｅｔｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｆｕｌｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｈｅｔｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＣＡＮｂｕｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｍｕｌｔｉ — ｎｏｄｅａｎｄｒｅａｌ－・ｔｉｍｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｔｗｏ－・ｌｅｖｅｌＣＡＮｂｕｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌａｎｄｑｕｅｕｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｈｅｔｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｄｕｎｄａｎｔｌｉｎｅｓｉｓａｌｓｏｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＮｂｕｓ；ｍｕｌｔｉｐｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｏｄｅｓ；ｆｕｌｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

CAN总线通信在全电子计算机联锁系统中的应用

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Technological Innovation
独立网关模块。模块按照站场设计，灵活安装在独立插箱中，安
全平台和执行单元之间的通信采用冗余 CA N 总线通信。另外，电子模块通过专属电务维护 CA N 总线，将模拟量和诊断信息发送至电务维修机 \ 监测机。
3 通信设计及实现
在全电子计算机联锁应用环境下，需要重点考虑 C A N 总线的多节点通信问题，以及由其引起的通信实时性、数据传输可靠性等关联问题。下面针对这些问题重点描述。 3.1 多通信节点问题处理
2 全电子计算机联锁系统结构说明
图 1 是全电子计算机联锁系统的结构图，其中联锁逻辑运算部分采用冗余二取二结构安全平台，安全平台之间通过冗余光纤通道同步；执行部分采用全电子执行单元，执行单元的种类包括道岔模块、信号模块、轨道模块、零散模块和通信网关。模块控制对象数量如下：
੦၂ऐB
੦၂ऐC
路通信信号工程技术 , 2012（1）:8-11. [2] 王馨 . 高速铁路列控车载设备的发展 [J]. 铁路通信信号工程技术，2010（5）：29-31. [3] 高婷婷 . C T C S -3 级列控系统通信可靠性分析与研究 [ D ] . 北京：北京交通大学，2010. [4] 王海瑛 , 徐明 , 宋奎博 . 列控（C T C S3-300T）车载设备常见故障及处理 [J]. 铁道通信信号 , 2013（9）：34-36 . [5] 高雪峰 . C T C S3-300T 列控车载设备安全数字输入输出模块可靠性研究 [ J ] . 铁路通信信号工程技术，2014（1）：1519. [6] 张志华．可靠性理论及工程应用 [ M ] . 北京：科学出版社， 2012. [7] 刘孝凡，肖湘红．高速铁路列控车载设备 [ M ] . 北京：中国铁道出版社，2011. [8] 许树柏 . 层次分析法原理「M ] . 天津 : 天津大学出版社， 1988.

轨道交通计算机联锁系统的单点故障与冗余技术研究

轨道交通计算机联锁系统的单点故障与冗余技术研究轨道交通计算机联锁系统是保障城市交通运输安全与顺畅的关键设备之一。

然而，由于其复杂性和高度依赖性，单点故障可能会导致系统的完全瘫痪，进而对交通运行产生重大安全风险和经济损失。

为了应对这一问题，冗余技术被广泛应用于轨道交通计算机联锁系统中。

本文将着重探讨轨道交通计算机联锁系统的单点故障与冗余技术的研究。

在轨道交通计算机联锁系统中，单点故障指的是系统中的某个核心组件或功能发生故障，导致整个系统无法正常工作。

单点故障可能源于硬件故障、软件错误或人为操作失误等。

针对这种情况，冗余技术被引入以增强系统的可靠性和容错性。

冗余技术采用备份机制，使得系统在出现故障时能够切换到备用模块或备用路径上，从而保证轨道交通系统的连续性和安全性。

冗余技术的研究主要包括双机热备、硬件冗余和软件冗余等方面。

首先，双机热备是一种常见的冗余技术，它采用两台服务器同时工作，一台作为主机，一台作为备机。

主机负责正常的系统运行，备机处于待命状态。

当主机出现故障时，备机会立即接管主机的工作，并保证系统的连续性。

这种技术对于轨道交通计算机联锁系统来说非常重要，因为它能够保证在故障发生时系统能够迅速切换，确保轨道交通的正常运营。

其次，硬件冗余技术是指在计算机联锁系统中使用冗余的硬件设备来实现故障转移。

例如，在关键的控制模块中使用冗余的CPU和输入/输出设备，当一个设备出现故障时，备用设备会自动接管并继续工作。

这种硬件冗余技术可以提高系统的可靠性，减少因单点故障导致的系统中断时间。

最后，软件冗余技术是指在计算机联锁系统中使用冗余的软件模块来实现故障恢复。

软件冗余技术通常包括备份软件、故障检测和自动重启等功能。

当主要软件模块发生故障时，备用软件会立即介入并协同工作，以确保系统的平稳运行。

这种技术能够有效降低由于软件故障引起的系统停机时间和数据丢失风险。

除了上述提到的冗余技术，还有一些其他的技术可以用于增强轨道交通计算机联锁系统的可靠性。

冗余CAN总线远程数据采集系统设计与研究

冗余CAN总线远程数据采集系统设计与研究
1 引言
随着计算机应用技术在工业控制领域的推广及其自身的革新，以工业现场总线为应用背景的网络控制系统在业界被广泛使用和推广。

CAN 总线作为工业现场串行总线的一种，因其具有较高的位速率和极高的抗电磁干扰能力，能侦测和处理产生的任何总线错误，并且具有高可靠性、实时性和灵活性，在监测和控制系统中倍受青睐。

然而传统的工业现场远程数据采集系统主要通过单总线传输，往往因为总线通讯故障而影响系统工作效率，不利于远程监测和控制，在某些控制领域里甚至存在很大危险，造成难以维护，系统监测数据不连续、难以管理和监测效率低下等缺点。

通过将冗余CAN 总线技术应用到现场远程数据采集传输系统中，采用嵌入式控制方式很好地解决了上述问题。

2 远程数据采集系统的组成
考虑到工业现场的环境比较复杂，为提高系统工作的可靠性和抗干扰能力，本系统设计采用嵌入式智能系统作为数据采集器，以PC104 系统作为嵌人式信息处理单元，通过冗余CAN 总线接口开放式互联的结构组成采集系统。

系统的组成框嵌入式信息处理单元是该系统的主控单元，是系统信息处理的核心。

它主要负责信息的采集和管理，并将采集信息处理后定期送往数据存储单元和数据显示单元，同时解析来自维护接口的用户指令，根据指令要求执行相应的采集器维护命令和主控单元本身的日常维护。

远程数据采集器周期接收信息处理的采集指令，周期性地将采集数据发给信息处理。

系统通过高速网络接口实现了与其他网络进行数据交换，可实现监控数据的共享和信息综合。

维护接口可提供无线指令响应服务和现场指令响应服务，以满足本地和远程的系统。

CAN总线的双机冗余系统设计

课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平常20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要CAN总线的高性能和靠得住性已被认同，并被普遍地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

是现今自动化领域技术进展的热点之一，被誉为自动化领域的。

它的显现为实现各之间实时、靠得住的数据通信提供了强有力的技术支持。

随着功能壮大的单片机在操纵领域应用的不断深切,容错操纵系统也在不断地进展,在一些特定的场合下,如在航空航天、军事、铁路、石油、化工、电力等重要部门和在恶劣工作环境下工作的运算机操纵系统,对系统平安性、靠得住性、可用性的要求更高。

双冗余系统的两个模块同时执行一样的操作,在其中一个模块显现故障的时候,能够自动判定切换,以保证系统稳固、靠得住、不中断的工作。

双冗余系统不仅有较高的靠得住性,而且有很高的平安性,因此在操纵领域中可普遍应用。

关键词：CAN总线；单片机；双冗余系统；目录第1章绪论1.1CAN总线的进展CAN (Controller Area Network) 是现场总线的一种，即操纵器局域网，CAN 是一种有效支持散布式操纵或实时操纵的串行通信网络，是由德国Bosch 公司为汽车的监测和操纵系统而设计的, 目前CAN总线标准已被国际标准化组织ISO 制订为国际标准ISO11898，并取得了Motorola，Intel，Philips 等大半导体器件生产厂家的支持，迅速推出各类集成有CAN 协议的产品，用于汽车内部检测部件与执行部件间的数据通信。

但随着时间的发展，其应用范围已再也不局限于汽车工业，仅在国内，其应用已遍及进程操纵、机械工业、智能建筑、智能电器、化学工业、码头货运、散布治理等领域，而且取得了快速进展。

CAN总线已形成国际标准，并已被公以为几种最有前途的现场总线之一。

1.2CAN通信特点与其它同类技术相较，CAN在靠得住性、实时性、和灵活性方面具有独特的技术优势，其要紧技术特点为：（1）CAN总线上任一节点都可在任意时刻主动地向其它节点发起通信，节点不分主从，通信方式灵活。

计算机联锁系统中冗余技术的比较分析

计算机联锁系统中冗余技术的比较分析左建辉【摘要】介绍了计算机联锁系统中冗余技术的原理,对近年来计算机联锁采用的冗余技术进行了较为全面详尽的对比分析,得出未来几年计算机联锁冗余技术的发展方向.【期刊名称】《电气化铁道》【年(卷),期】2010(000)003【总页数】4页(P40-43)【关键词】冗余技术;计算机联锁;故障-安全【作者】左建辉【作者单位】中铁电气化局集团第一工程有限公司,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】U224.9+190 引言由于铁路信号系统是一种“故障-安全”系统，当采用计算机构成联锁系统时，必须采用所谓的安全型计算机，即在故障情况下能够防止出现危及人身安全及重大装备损失的计算机。

由于计算机本身并不具有这一“安全性”，因此必须通过合适的结构方式使系统在计算机故障时处于安全状态。

冗余技术是计算机系统可靠性设计中常采用的一种技术，是提高计算机系统可靠性的最有效方法之一。

为了达到高可靠性和低失效率相统一的目的，通常会在控制系统的设计和应用中采用冗余技术，即重复配置系统的一些部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，由此减少系统的故障时间，合理的冗余设计将大大提高系统的可靠性。

1 计算机联锁冗余技术原理及特点计算机联锁系统中通常采用软件冗余或硬件冗余方式来满足“故障-安全”要求。

1.1 软件冗余方案原理及特点图1为软件冗余方案示意图，即带结果比较的计算机2次处理（“一硬二软”方案）的原理框图。

输入数据经2套输入电路读入，在1台计算机内有2套彼此独立的程序：程序A和程序B同时按照独立的格式依次对输入数据进行处理。

在正常无故障的情况下，2套独立程序处理的结果应该是相同的，经过比较器电路进行结果比较，在结果一致时，经2套输出电路输出，图中接点A，B吸起，接通控制电路。

在发生故障时，由于程序A、B的独立性，致使处理的结果不一致，该结果导致比较器电路输出为零，图中接点A、B落下，切断控制电路的供电。

CAN总线在全电子化计算机联锁系统中的应用

CAN总线在全电子化计算机联锁系统中的应用摘要：计算机联锁系统中，联锁软件具有至关重要的作用，可以准确地进行运算。

计算机联锁系统对于铁路行车十分关键，若是在运行中出现问题，那么极有可能引发安全事故。

因此，必须要保证联锁软件能够稳定运行。

为提高计算机联锁系统的作用，本文通过文献法和经验法，对CAN总线在计算机联锁系统中应用进行了研究，首先概述了CAN总线和计算机联锁系统，然后分析了技术优势，最后对系统的应用设计进行了研究，以供参考。

关键词：CAN总线；全电子化；计算机联锁系统引言：伴随着我国经济的稳定发展，我国铁路事业也实现了进一步的发展，铁路数量增加，列车数量也越来越多。

在这样的时代背景下，铁路运行控制系统和信号设备需要不断优化完善，以此来提升铁路行车的安全性，避免安全事故发生带来无法挽回的损失。

全电子化计算机联锁系统应用在铁路行车中，可以保证铁路安全。

CAN总线具有较强的抗干扰能力，可以实现高质量高效率的信息传输。

将其应用在联锁系统中，能够在一定程度上提高安全性。

一、计算机联锁系统与CAN总线概述计算机联锁系统即CBI，是铁路行车中的关键控制设备，可以对站内岔道、轨道电路间进行联锁控制，能够确保铁路的行车安全。

一般而言CBI需要相关的工作人员进行操作控制，但是随着科技的进步，全电子化计算机联锁系统随之产生，可以实现自动控制，大大地提高了工作效率。

CBI功能十分强大，可以自动排列列车进路，实时监测信号机设备以及根据相关指令进行自动运算等等，在铁路行车中至关重要。

CAN指的是控制局域网络，是一种常见的现场总线，具有较强的抗干扰能力，可以保证数据实时稳定的传输。

CAN在现场总线中具有一定的优势，具体如下表一所示。

表一 CAN总线优势CAN总线在进行数据通信时可以保证通信的实时性、可靠性和灵活性。

随着铁路的稳定发展，如今已经越来越信息化、智能化，全电子化计算机联锁系统融合了较为先进的软硬件技术，可以实现安全行车。

CAN总线中循环冗余校验码的原理及其电路实现

CAN 总线中循环冗余校验码的原理及其电路实现摘要在网络中传输摄文时，噪声干扰或传输中断等因素往往使接收端收到的报文出现错码。

为了及时可靠地把报文传输给对方并有效地检测错误，需要采用差错控制。

详细介绍了总线中循环冗余校验码的差错控制原理及其实现方法。

关键词循环冗余校验差错控制报文在系统中为保证报文传输的正确性，需要对通信过程进行差错控制。

目前常用的方法是反馈重发，即一旦收到接收端发出的出错信息，发送端便自动重发，此时的差错控制只需要检错功能。

常用的检错码两类奇偶校验码和循环冗余校验码。

奇偶校验码是一种最常见的检错码，其实现方法简单，但检错能力较差；循环冗余校验码的编码也很简单且误判率低，所以在通信系统中获得了广泛的应用。

下面介绍网络中循环冗余校验码即码的原理和实现方法。

范文先生网收集整理 1 码检错的工作原理码检错是将被处理报文的比特序列当作一个二进制多项式的系数，该系数除以发送方和接收方预先约定好的生成多项式后，将求得的余数作为校验码附加到原始的报文上，并一起发给接收方。

接收方用同样的去除收到的报文，如果余数等于，则传输无误此时和相同；否则传输过程中出错，由发送端重发，重新开始校验，直到无误为止。

上述校验过程中有几点需注意①在进行计算时，采用二进制模 2 运算法，即加法不进位，减法不借位，其本质就是两个操作数进行逻辑异或运算； ②在进行计算前先将发送报文所表示的多项式乘以，其中为生成多项式的最高幂值。

对二进制乘法来讲，· 就是将左移位，用来存放余数，所以实际发送的报文就变为· +；③生成多项式的首位和最后一位的系数必须为 1。

图 1 为校验的工作过程。

目前已经有多种生成多项式被列入国际标准中，如-4、 -12、 -16、 -16、 -32 等。

总线中采用的生成多项式为=15+14+10+8+7+4+3+1。

可以看出，叫线中的校验采用的多项式能够校验七级，比一般校验-4、 -12、-16 等的级数二～五级要高许多，因而它的检错能力很强，误判率极低，成为提高数据传输质量的有效检错手段。

CAN总线冗余技术研究与实现的开题报告

CAN总线冗余技术研究与实现的开题报告一. 开题背景CAN总线作为一种常用的实时通信技术，广泛应用于汽车、工业自动化、航空航天等场景中，具有可靠性高、传输速度快、扩展性强等优点，被广泛认可。

然而，在一些重要场合，为了保证数据的可靠性和安全性，需要采用冗余技术来避免单点故障的发生。

因此，CAN总线的冗余技术研究与实现具有重要的意义。

二. 研究内容本次课题的研究内容主要包括以下两个方面。

1. CAN总线冗余技术的研究CAN总线冗余技术可以分为硬件冗余和软件冗余两类。

硬件冗余是通过增加冗余模块来提高系统可靠性的方式，包括双CAN总线、三重模块冗余等。

软件冗余主要是在软件层面通过设计合理的算法和协议来实现，包括双向冗余、三向冗余等。

本次课题将对CAN总线的硬件冗余和软件冗余技术进行深入研究，比较各种方案的优缺点，并结合实际应用场景，选取适合的方案。

2. CAN总线冗余技术的实现CAN总线冗余技术的实现需要涉及到硬件设计和软件开发两个方面。

硬件设计主要包括冗余模块的设计、接口的设计等。

软件开发主要包括冗余算法、协议设计及测试验证等。

本次课题将结合硬件实验平台和软件开发环境，完成冗余技术的实现，并进行全面测试评估，为实际应用提供参考。

三. 研究方法1. 理论分析法首先，通过对CAN总线冗余技术相关文献的分析和比较，对CAN总线冗余技术的优缺点、适用场景等进行分析和总结，为后续的实验设计和实现奠定理论基础。

2. 实验方法在理论分析的基础上，通过实验平台的搭建，对CAN总线冗余技术的实现进行测试验证。

通过对比不同方案的实际效果，从而总结出最优的CAN总线冗余技术方案，并进行优化和改进。

四. 预期成果本次课题计划完成以下几个方面的工作：1. 对CAN总线冗余技术的优缺点和适用场景进行深入研究。

2. 设计和实现CAN总线冗余技术的硬件和软件方案，并进行测试验证。

3. 总结出最优的CAN总线冗余技术方案，并进行优化和改进。