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1、兰州交通大学毕业设计（论文）中文摘要计算机联锁系统是应用在铁路信号控制领域，用以保障行车安全和提高运输效率的控制系统。在中国铁路技术创新不断深化，迅速朝着高速化、重载化、大密度发展的今天，高速铁路、客运专线、大能力货运通道从无到有、不断增加的情况下，铁路运输对计算机联锁的安全性、可靠性提出了更高的要求，这就需要计算机联锁技术有一个突破性的发展以适应铁路运输发展的需要。本文阐述了计算机联锁系统上位机专用机化这一概念，将上位机拆分成不同功能的模块，每个模块作为网络上的一个节点进行通信，并且对每个模块都准备了两套设备，这样就使整个系统的可靠性大大提高，并且有效的防止了以前的上位机由于某个模块的故障而
2、导致整机瘫痪的问题。嵌入式 Linux 系统以其自身的高可靠性、可裁减性和很好的移植性在无论是家电市场、商用市场及工业市场都取得了非常广泛的应用。本文采用了嵌入式 Linux+arm9处理器的开发平台，对上位机专用机化的显示部分进行开发。论文所做的工作有:1.分析了现有计算机联锁系统的层次结构和各层的功能；阐述了计算机联锁系统上位机专用机化的设计方法。2.提出了智能显卡模块的实现目标及设计方法；选择合适的硬件开发平台；构建了相应的开发环境(包括 x86 平台和 arm 平台)。3.研究了系统各层的实现方法，包括数据处理模块、数据中心、通信模块和站场界面设计。4.分析了智能显卡在计算机联锁系统中
3、的安全等级，并阐述了提高系统软件可靠性的方法。关键词关键词: :计算机联锁；专用机化；智能显卡；嵌入式计算机联锁；专用机化；智能显卡；嵌入式 Linux；MySQL；Qt/embedded兰州交通大学毕业设计（论文）AbstractComputer-based interlocking system is the control system applied in thefield of railway signal control, which is used to protect traffic safety and enhancetransport efficiency. With th
4、e rapid development of high-speed railway, railway transportation department has the higher requirements of technologic development to meet the needs of the development of rail transport. In this paper, we expatiate a concept of customization of operating and display machine in the computer-bassed i
5、nterlock system.We divide the operating and display machine into different functional modules, each module comunicated with others as a node in the network, and two same equipments are prepared for each module, these measures enhanced the reliability of the whole system, and prevent the system into
6、paralysis with the reason of some modules fault. Thanks to its high reliability, customization and good replantment, embedded Linux system has universial application both in business and industry market. This papers research based on the embedded Linux arm9 processor development board，and discuss th
7、e development methods of customization of operating and display machine. What I have done in this paper is that below: I analyse the hierarchical structure and function of the existing computer-based interlocking system, and expatiate the method of customization of computer-based interlocking system
8、. I also put forward the design method of aptitude display module, and carry out the functions of data center, date communication, station yard display and so on. At last, the SIL in the computer-based interlocking system is analysed.Key words：Computer-based interlocking system，Customization，Aptitud
9、e display module，Embedded linux，MySQL，Qt/embedded兰州交通大学毕业设计（论文）1 引言1.1 计算机联锁系统概述随着计算机技术的发展，我国于上世纪八十年代初开始研制和开发应用于铁路车站的计算机实时控制系统。二十多年过去了，经过许许多多科技人员的不懈努力，我国在这一领域的研究取得了突飞猛进的发展，计算机联锁以及得到广泛应用，开创了中国铁路发展史上一个新的里程碑。一九八四年一月，我国首次完成了用微机控制铁路信号和道岔的试验，一九八六年七月凝聚着中国铁路人心血和智慧的第一个计算机联锁车站钢配料站开通运营，它标志着中国铁路的发展进入了一个崭新的时代。然而
10、，在当时的情况下，我国的计算机技术并不是很发达，可利用的硬件资源和开发手段相对还很落后，因此，作为我国的第一代计算机联锁系统只是在功能上实现了对车站设备对象的实时控制，没有一个友好的人机界面和用于系统维护的监测系统。九十年代初，我国几家专业的铁路研究设计单位又相继研制出适合我国铁路运营条件的计算机联锁系统，作为中国铁路的第二代计算机联锁系统，它们不仅满足了车站联锁的功能要求，也为车站值班员设计了友好的人机界面，同时为电务维修人员配备了电务维修终端，使其在系统出现故障时及时准确地找到故障点，在最短的时间内排除故障。中国铁路计算机联锁发展到今天，始终贯穿的主题就是故障安全和可靠性问题，故障安全是计
11、算机联锁系统的首要条件，可靠性又是铁路运营效率的有力保证，二者缺一不可。为此，各家研制单位在短短的几年里相继推出了兼具故障安全性能和高可靠性的双机热备系统和三取二的计算机联锁系统。由于双机热备系统采用了通用的工业控制计算机，因此造价相对低廉，而三取二系统采用了专用的容错计算机作为联锁控制计算机使其造价昂贵。不管怎么说，两种制式各有特点，并且都满足了车站联锁条件的要求，因此，在铁路车站上都得到了很好的应用。随着专用工业控制计算机的发展，一种新的计算机冗余技术在计算机联锁系统中得以推广和应用，这就是二乘(二取二)计算机联锁系统，该系统从系统硬件结构、故障安全、网络通信等方面都注入了全新的设计思想和
12、设计方法。并且该系统联锁逻辑部件与电子终端之间星形的网络通信方式及其回线的可扩展性使其能够满足中国各种规模铁路车站站场和各种运输作业要求，尤其使区域计算机联锁更易于实现。1.2 嵌入式系统和嵌入式 Linux 的发展概况和趋势Internet 与网络的迅速普及应用，使消费电子、计算机、通信(3C)一体化趋势日趋明显，嵌入式系统再度成为研究与应用的热点。兰州交通大学毕业设计（论文）嵌入式系统被描述为：以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬
13、件于一体的可独立工作的“器件”。嵌入式处理器主要由一个单片机或微控制器(MCU)组成。相关支撑硬件包括显示卡、存储介质、通信设备、IC 卡或信用卡读取设备等。嵌入式操作系统(real-time embedded operating system, RTOS 或 EOS)是一种实时的、支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统(包括硬、软件系统)极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面。标准化浏览器 Browser 等。目前，嵌入式操作系统的品种较多，据统计，仅用于信息电器的嵌入式操作系统就有 40 种左右，其中较为流行的主要有:Wi
14、ndows CE, Palm OS, Real-Time Linux, VxWorks,pSOS, PowerTV 以及 Microware 公司的 OS-9。与通用操作系统相比较，嵌入式系统具有的特点是:高可靠性，在恶劣的环境或突然断电的情况下，系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时性，因此一般嵌入式操作系统具有实时处理能力；嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性；一般都固化在只读存储器中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。Linux 从 1991 年问世到现在，短短的十几年时间内已经发展
15、成熟，可运行在 X86, Alpha, MIPS, PPC, Motorola, NEC, ARM 等多种硬件平台之上。Linux 具有如下特点:第一，Linux 是开放源代码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多 Linux 爱好者都是Linux 开发者的强大技术支持者；使第三方难以实现产品的定制。第二，Linux 的源代码随处可得，注释丰富，文档齐全，易干解决各种问题。第三，Linux 的内核小、效率高。第四，由于 Linux 是开放源代码的 OS，在价格上极具竞争力，适合中国国情。第五，Linux 不仅支持 X86 芯片，还是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持2030 种 CPU，很多
16、 CPU(包括家电业的芯片)厂商都开始做 Linux 的平台移植工作，而且移植的速度远远超过 Java 的开发环境。如果今天采用 Linux 环境开发产品，那么将来更换 CPU 时就不会遇到更换平台的困扰。第六，Linux 内核的结构在网络方面是非常完整的，它提供了对包括十兆位、百兆位及千兆位的以太网，还有无线网络、Token ring(令牌环)和光纤甚至卫星的支持。第七，Linux 在内核结构的设计中考虑适应系统的可裁减性的要求。且其性能与各种传统的商业操作系统不相上下。由于 Linux所具备的上述特点，它非常适于完成本系统中的多任务协调和网络功能。1.3 论文的主要内容兰州交通大学毕业设计（论文）在对计算机联锁系统上位机专用机化的研究过程中，通过借鉴国内外的经验和技术，根据联锁系统的发展和现场应用的要求，论文所做的研究工作主要有以下几个方面:(1)分析了联锁系统的层次结构和各层的功能；对现有的计算机联锁系统结构进行了分析；阐述了计算机联锁系统上位机专用机化的设计方法。(2)提出了智能显卡模块的实现目标及设计方法；选择合适的
