安全計(jì)算機(jī)FTSM單元基于模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)作為安全苛求系統(tǒng)中保證系統(tǒng)安全的重要設(shè)備，它的發(fā)展受到越來(lái)越多的重視。過(guò)去的安全計(jì)算機(jī)多為針對(duì)具體應(yīng)用開(kāi)發(fā)的專業(yè)計(jì)算機(jī)，其開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、研發(fā)與維護(hù)成本高、可移植性差，與如今的開(kāi)發(fā)理念相悖。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)貨供應(yīng)商品（Commercial Off-The-Shelf, COTS）計(jì)算機(jī)的可靠性與安全性有了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，為了解決上述問(wèn)題，安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)正朝著通用化、可擴(kuò)展、易升級(jí)等方向發(fā)展。
　　本

2、文解決的即是基于COTS計(jì)算機(jī)的安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)中容錯(cuò)安全管理單元(Fault Tolerant and Safety Management，F(xiàn)TSM)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。論文以列車控制系統(tǒng)對(duì)于安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)安全方面的需求為應(yīng)用背景，通過(guò)IEC61508安全標(biāo)準(zhǔn)分析了安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的安全完整性，得到了FTSM需要滿足的相關(guān)指標(biāo)限制，并進(jìn)而得到FTSM對(duì)冗余結(jié)構(gòu)的需求。通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和易實(shí)現(xiàn)性方面的考慮，論文選擇二取二結(jié)構(gòu)(1-out-

3、of-2，1oo2)作為FTSM單元的冗余結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的FTSM是保證安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)達(dá)到列車控制系統(tǒng)所要求的SIL4級(jí)安全完整性的最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)。
　　論文引入了基于模型的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)理念，詳細(xì)介紹了基于模型的FPGA開(kāi)發(fā)流程，并使用工具軟件完成了整個(gè)開(kāi)發(fā)。論文使用Simulink和Stateflow對(duì)FTSM建模，利用HDL Verifier對(duì)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真，最后通過(guò)HDL Coder將模型轉(zhuǎn)換為QUARTUSⅡ開(kāi)發(fā)工具可直接使用

4、的工程文件。
　　論文在ALTERA公司CYCLONE EP1C12Q240C8的FPGA上實(shí)現(xiàn)了二取二結(jié)構(gòu)FTSM的基于模型的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)仿真與平臺(tái)實(shí)驗(yàn)后可知，F(xiàn)TSM單元實(shí)現(xiàn)了全部的設(shè)計(jì)功能，證明了基于模型的設(shè)計(jì)方法可以很好的應(yīng)用于FPGA的開(kāi)發(fā)和安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，解決了將基于模型的思想應(yīng)用于實(shí)際工程的問(wèn)題。
　　通過(guò)論文的分析可知，依據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)在安全性方面更加可信，并可以在保證安全的基礎(chǔ)上使整個(gè)