一种基于时间差的LEU安全比较装置及方法与流程

一种基于时间差的leu安全比较装置及方法
技术领域
1.本发明属于轨道交通信号处理技术领域，尤其是涉及一种基于时间差的leu安全比较装置及方法。


背景技术：

2.leu是应答器传输系统中的一种信息采集与处理单元，能通过安全通信协议接收tcc(train control center列控中心)发送的可变化报文信息，然后把接收的报文信息连续的发送给对应的有源应答器。由于leu的安全等级为sil4（safety integrity level安全完整性等级）。根据欧洲标准en50126，sil4设备通常采用二取二架构，传统的二取二结构通常分为：时钟级同步比较和任务级同步比较；时钟级同步和任务级同步具有如下特点：1．时钟级同步：通常情况下是通过第三方比较器，在每一个系统时钟周期内对两路cpu的指令信息和报文信息进行同步性比较，以此保证两路cpu在每个系统时钟周期内的运行完全一致；时钟级同步比较能实时、精准的判断出两路cpu处理器在运行上的不一致，但采用时钟级同步比较对电路设计需求较高，同时受工艺水平等因素限制，系统的时钟频率不能太快；同时两个cpu处理器由于不同批次之间的工艺差别，在运行时可能存在时钟级别的时间差，降低了系统的可用性。
3.2．任务级同步：通常情况下是通过两个cpu处理器之间的交互来进行比较，两个cpu处理器对任务运算的某个阶段或者对两个运算的输出结果进行比较，能有效解决时钟级同步比较时出现的时间差不同步问题，但任务级同步比较结果完全依赖于cpu处理器本身，且cpu处理器无法根据比较结果直接控制输出；同时两个cpu处理器在进行任务级同步时，两路cpu处理器无法判断对错，因此无法进行同步校准。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决上述技术问题，提供一种基于时间差的leu安全比较装置及方法。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于时间差的leu安全比较装置，所述leu安全比较装置用于对leu处理单元两路cpu的指令信息和报文信息进行同步性比较，以保证两路cpu在每个系统时钟周期内的运行完全一致，所述leu安全比较装置包括依次连接的信息比较单元和信息发送单元；leu处理单元的两个cpu处理器各自独立处理完成tcc报文信息后发送给信息比较单元，由信息比较单元对两个cpu通道txa和txb的指令信息和报文信息进行独立存储；所述信息比较单元包括存储模块、报文同步模块、比较模块一、状态发送模块；所述存储模块包括依次连接的异步时钟同步化电路、去抖采样电路、存储芯片、双口ram，所述异步时钟同步化电路用于对两个cpu通道具有时间差的txa和txb用系统时钟采两拍，形成与系统时钟同步的接收信息txa2和txb2，所述去抖采样电路用于对时钟同步信息txa2和txb2对进行采样接收，所述存储芯片在txa2或txb2有信息传输时分别执行写操作wr，所述双口ram用于分别独立存储接收的txa2和txb2；所述报文同步模块用于使双口ram执行读操作rd，同步读取存储于双口
ram的txa2和txb2 ，形成串行信息a、b并发送给信息发送单元；所述比较模块一用于在每个时钟周期内对报文同步模块中发送的报文信息进行比较，将比较结果作为状态发送模块的输入，所述比较模块一包括时间计数器，所述时间计数器用于实现对txa2和txb2之间时间差的计数；所述状态发送模块用于将比较结果发送给信息发送单元；信息发送单元包括依次连接的比较模块二和发送模块，所述比较模块接收信息比较单元发送的比较结果，并对两路结果进行验证，若两路比较结果均正常，则正常接收串口发送的报文信息，并对报文信息进行时钟级二取二比较，若两路报文信息比较一致，则发送模块将接收的报文信息发送给应答器，若两路报文信息比较不一致，则发送模块直接关闭报文的发送。
6.作为优选，所述异步时钟同步化电路采用两级级联d触发器。
7.作为优选，所述去抖采样电路采用d触发器。
8.作为优选，所述时间计数器采用d触发器，若txa2和txb2之间的时间差在500ms以内，则等待下一组txa2和txb2的接收存储，若时间差超过500ms，则通过所述d触发器产生相应的脉冲信号通知leu处理单元进行同步校准。
9.作为优选，所述比较模块二包括两级级联d触发器、与门电路、有源应答器、整流滤波电路、异或门/同或门和d触发器电路，所述两级级联d触发器对两路串行信息a、b用系统时钟采两拍，形成最终的同步信息a2、b2，信息a2通过所述与门电路后得到信号a3，将a3直接发送给所述有源应答器，同时对同步信息a3、b2进行时钟级二取二比较，输出比较结果cmp，即a2、b2完全一致时，通过所述异或门/同或门和d触发器电路输出的信号cmp为方波信号，信号频率为系统时钟频率的1/2，a2
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b2或者比较电路本身故障时，通过所述异或门/同或门和d触发器电路输出的信号cmp为低电平信号，输出信号cmp通过所述整流滤波电路后，直接作为所述与门电路的控制信号，即输出信号cmp为方波信号时，所述整流滤波电路输出高电平信号，作为所述与门电路的控制信号，使能所述与门电路输出，将所述信息发送单元输出的报文信息发送给所述有源应答器，输出信号cmp为电平信号时，所述整流滤波电路输出低电平信号，关闭所述与门电路的输出，输出给所述有源应答器的报文信息为持续的高电平信号。
10.作为优选，所述leu安全比较装置还包括状态显示单元，所述状态显示单元包括若干led灯，所述状态显示单元连接所述状态发送模块和所述信息发送单元，若所述信息发送单元正常进行报文信息的发送，则点亮发送led灯，否则熄灭发送led灯，若信息比较单元故障或者比较的两通道信息不一致，则熄灭比较led灯，否则将比较led灯进行闪烁。
11.本发明还提供一种基于时间差的leu安全比较方法，包括以下步骤：s1、leu设备启动后，leu处理单元的两个cpu处理器各自独立处理完成tcc报文信息后发送给信息比较单元；s2、信息比较单元接收leu处理单元发送的两路指令信息和报文信息，并对两个cpu通道txa和txb的指令信息和报文信息进行存储、比较和发送；同时信息比较单元对leu处理单元的两路指令信息进行时间差判断，并通过时间差决定是否执行同步校准命令；s3、信息发送单元对信息比较单元的报文信息进行比较和发送，并对信息比较单元的比较结果进行验证，比较结果经过整流滤波电路直接控制信息的输出；即两通道信息一致时，正常发送接收的报文信息，两通道信息不一致或者比较电路本身故障时，关闭报文信息的输出；
s4、状态显示单元通过led灯实现对外显示，若leu设备状态异常，则进行相应的告警led灯指示，否则进行正常的led灯指示。
12.作为优选，所述信息比较单元对两路指令信息和报文信息进行存储的方法包括：通过异步时钟同步化电路对两个cpu通道具有时间差的txa和txb用系统时钟采两拍，形成与系统时钟同步的接收信息txa2和txb2，通过去抖采样电路对时钟同步信息txa2和txb2对进行采样接收，通过存储芯片在txa2或txb2有信息传输时分别执行写操作wr，通过双口ram分别独立存储接收的txa2和txb2。
13.作为优选，所述信息比较单元对两路指令信息和报文信息进行比较的方法包括：通过时间计数器实现对txa2和txb2之间时间差的计数，通过比较模块一在每个时钟周期内对报文同步模块中发送的报文信息进行比较，若txa2和txb2之间的时间差在500ms以内，则等待下一组txa2和txb2的接收存储，若时间差超过500ms，则通过所述d触发器产生相应的脉冲信号通知leu处理单元进行同步校准。
14.作为优选，所述信息发送单元对信息比较单元的报文信息进行比较和发送的方法包括：对两路串行信息a、b用系统时钟采两拍，形成最终的同步信息a2、b2，信息a2通过与门电路后得到信号a3，将a3直接发送给所述有源应答器，同时对同步信息a3、b2进行时钟级二取二比较，输出比较结果cmp，即a2、b2完全一致时，输出的信号cmp为方波信号，信号频率为系统时钟频率的1/2，a2
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b2或者比较电路本身故障时，输出的信号cmp为低电平信号，输出信号cmp通过所述整流滤波电路后，直接作为所述与门电路的控制信号，即输出信号cmp为方波信号时，所述整流滤波电路输出高电平信号，作为所述与门电路的控制信号，使能所述与门电路输出，将所述信息发送单元输出的报文信息发送给所述有源应答器，输出信号cmp为电平信号时，所述整流滤波电路输出低电平信号，关闭所述与门电路的输出，输出给所述有源应答器的报文信息为持续的高电平信号。
15.采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：1．通过对leu处理单元传送的信息进行存储比较，能有效对leu处理单元中两路cpu处理器之间的时间差进行容错处理，减小两路cpu处理器对同步时钟的依赖，提高系统的可用性；2．通过第三方电路对leu处理单元中的两路cpu处理器进行同步判断和校准，能有效降低两路cpu处理器长时间运行造成的时间差累加；3．第三方电路对两通道信息进行同步比较后，能通过比较结果直接控制报文信号的输出。
附图说明
16.图1为本发明的一种基于时间差的leu安全比较装置的结构示意图；图2为本发明中信息比较单元的操作步骤流程图；图3为本发明中信息发送单元的操作步骤流程图；图中：1-信息比较单元；2-信息发送单元；3-状态显示单元；4-有源应答器；5-leu处理单元。
具体实施方式
17.以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
18.如图1所示，一种基于时间差的leu安全比较装置，包括信息比较单元1、信息发送单元2和状态显示单元3。
19.所述leu安全比较装置用于对leu处理单元5两路cpu的指令信息和报文信息进行同步性比较，以保证两路cpu在每个系统时钟周期内的运行完全一致。leu处理单元54包括两个cpu处理器，两个cpu处理器各自独立处理完成tcc报文信息后发送给信息比较单元1，由信息比较单元1对两个cpu通道txa和txb的指令信息和报文信息进行独立存储。由于两个cpu通道上获取的指令信息和报文信息可能因为处理器的工艺问题，存在时钟级的时间差，通过存储可以对该时间差进行容错处理。
20.信息比较单元1包括存储模块、比较模块一、报文同步模块、状态发送模块。
21.所述存储模块先采用两级级联d触发器对两个cpu通道具有时间差的txa和txb用系统时钟采两拍，形成与系统时钟同步的接收信息txa2和txb2，再采用d触发器组成去抖采样电路，对时钟同步信息txa2和txb2对进行采样接收，txa2或txb2有信息传输时分别使能相应存储芯片执行写操作wr，将接收的txa2和txb2分别存储于独立的双口ram中。
22.报文同步模块在一帧txa2和txb2信息全部接收且存储完成后，使双口ram执行读操作rd，同步读取存储于双口ram的txa2和txb2 ，形成串行信息a、b并通过报文同步模块发送给信息发送单元2，此时的串行信息a、b为时钟级同步信息。
23.比较模块一在每个时钟周期内对报文同步模块中发送的报文信息进行比较，将比较结果作为状态发送模块的输入，同时采用d触发器组成时间计数器，实现对txa2和txb2之间时间差的计数，若时间差在500ms以内，则等待下一组txa2和txb2的接收存储，若时间差超过500ms，则通过d触发器产生相应的脉冲信号通知leu设备信息处理单元进行同步校准。由于leu设备信息处理单元接收的报文周期为500ms，而leu设备信息处理单元执行报文接收、处理、发送的时间在300ms以内，因此在执行完报文发送任务时进行同步校准，不会与cpu任务处理时间冲突。
24.状态发送模块将比较结果通过标准rs422串口协议发送给信息发送单元2和状态显示单元3。
25.如图2所示，为信息比较单元1的操作步骤流程图。
26.信息发送单元2，包括比较模块二和发送模块。信息发送单元2对信息比较单元1发送的比较结果进行验证，只有当两个比较结果均正常时，才能进行报文的接收和比较；同时对正常接收的报文信息进行时钟级二取二比较，通过比较结果直接控制报文信息的输出。
27.比较模块二接收信息比较单元1通过标准rs422串口协议发送的比较结果，并对两路结果进行验证，若两路比较结果均正常，则正常接收串口发送的报文信息，并对报文信息进行时钟级二取二比较，若两路报文信息比较一致，则发送模块将接收的报文信息发送给应答器，若两路报文信息比较不一致，则发送模块直接关闭报文的发送。
28.时钟级二取二比较，先分别采用两级级联d触发器对两路串行信息a、b用系统时钟采两拍，形成最终的同步信息a2、b2；信息a2通过与门电路后得到信号a3，将a3直接发送给有源应答器4，同时对同步信息a3、b2进行时钟级二取二比较，输出比较结果cmp，即a2、b2完全一致时，通过异或门/同或门和d触发器电路输出的信号cmp为方波信号，信号频率为系统
时钟频率的1/2，相反a2
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b2或者比较电路本身故障时，通过异或门/同或门和d触发器电路输出的信号cmp为低电平信号；输出信号cmp通过整流滤波电路后，直接作为与门电路的控制信号，即输出信号cmp为方波信号时，整流滤波输出高电平信号，作为与门电路的控制信号，使能与门电路输出，将信息发送单元2输出的报文信息发送给有源应答器4；输出信号cmp为电平信号时，整流滤波输出低电平信号，关闭与门电路的输出，输出给有源应答器4的报文信息为持续的高电平信号。
29.如图3所示，为信息发送单元2的操作步骤流程图。
30.上述的信息发送单元2能在信息信息a2和b2不同步的时候在最短时间内断开报文信息的输出，能有效保证输出给有源应答器4的报文信息安全。
31.状态显示单元3通过led灯实现对外显示，若信息发送单元2正常进行报文信息的发送，则点亮发送led灯，否则熄灭相应的led灯；若信息比较单元1故障或者比较的两通道信息不一致，则熄灭相应的比较led灯，否则将比较led灯进行闪烁。
32.本发明还提供一种基于时间差的leu安全比较方法，包括以下步骤：s1、leu设备启动后，leu处理单元5的两个cpu处理器各自独立处理完成tcc报文信息后发送给信息比较单元1；s2、信息比较单元1接收leu处理单元5发送的两路指令信息和报文信息，并对两个cpu通道txa和txb的指令信息和报文信息进行存储、比较和发送；同时信息比较单元1对leu处理单元5的两路指令信息进行时间差判断，并通过时间差决定是否执行同步校准命令；s3、信息发送单元2对信息比较单元1的报文信息进行比较和发送，并对信息比较单元1的比较结果进行验证，比较结果经过整流滤波电路直接控制信息的输出；即两通道信息一致时，正常发送接收的报文信息，两通道信息不一致或者比较电路本身故障时，关闭报文信息的输出；s4、状态显示单元3通过led灯实现对外显示，若leu设备状态异常，则进行相应的告警led灯指示，否则进行正常的led灯指示。
33.所述信息比较单元1对两路指令信息和报文信息进行存储的方法包括：通过异步时钟同步化电路对两个cpu通道具有时间差的txa和txb用系统时钟采两拍，形成与系统时钟同步的接收信息txa2和txb2，通过去抖采样电路对时钟同步信息txa2和txb2对进行采样接收，通过存储芯片在txa2或txb2有信息传输时分别执行写操作wr，通过双口ram分别独立存储接收的txa2和txb2。
34.所述信息比较单元1对两路指令信息和报文信息进行比较的方法包括：通过时间计数器实现对txa2和txb2之间时间差的计数，通过比较模块一在每个时钟周期内对报文同步模块中发送的报文信息进行比较，若txa2和txb2之间的时间差在500ms以内，则等待下一组txa2和txb2的接收存储，若时间差超过500ms，则通过所述d触发器产生相应的脉冲信号通知leu处理单元5进行同步校准。
35.所述信息发送单元2对信息比较单元1的报文信息进行比较和发送的方法包括：对两路串行信息a、b用系统时钟采两拍，形成最终的同步信息a2、b2，信息a2通过与门电路后得到信号a3，将a3直接发送给所述有源应答器4，同时对同步信息a3、b2进行时钟级二取二比较，输出比较结果cmp，即a2、b2完全一致时，输出的信号cmp为方波信号，信号频率为系统
时钟频率的1/2，a2
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b2或者比较电路本身故障时，输出的信号cmp为低电平信号，输出信号cmp通过所述整流滤波电路后，直接作为所述与门电路的控制信号，即输出信号cmp为方波信号时，所述整流滤波电路输出高电平信号，作为所述与门电路的控制信号，使能所述与门电路输出，将所述信息发送单元22输出的报文信息发送给所述有源应答器4，输出信号cmp为电平信号时，所述整流滤波电路输出低电平信号，关闭所述与门电路的输出，输出给所述有源应答器4的报文信息为持续的高电平信号。
36.除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。