[实用新型]一种安全计算机

说明书

本申请公开了一种安全计算机，所述安全计算机包括两个或两个以上的通道，所述两个或两个以上的通道构成安全比较结构，其中：每个通道分别包括一个中央处理单元CPU和一个现场可编程门阵列FPGA，每个通道上的CPU和FPGA集成在一个芯片上。本申请通过将每个通道上的CPU和FPGA集成在一个芯片上，实现了体积尽量小的二取二安全计算机架构，满足了小空间安全系统的应用场景。

技术领域

本申请涉及但不限于列车运行应用技术领域，尤其涉及一种安全计算机。

背景技术

在核电、铁路、航空等有功能安全要求的控制领域，通常需要控制系统满足安全完整性等级(Safety Integrity Level，SIL)4级要求，因此，这对系统主控计算机也提出了很高的安全要求，甚至主控计算机的实现形式直接决定了安全系统架构，如常见的三取二、二取二等安全系统架构。这些安全系统架构要求控制系统具有多个运算通道，多个运算通道对运算结果进行比较、表决等判断后才进行输出。

在工业嵌入式系统应用中，往往采用通用或定制开发型安全计算机作为系统核心控制器，通过不同背板总线与系统内其他板卡通信。通用安全计算机一般为单板单通道结构，在系统中需要配置多块单板计算机进行安全逻辑运算，例如，三取二架构通常包含三个单板计算机，二取二架构至少包括两个单板计算机。部分定制开发型安全计算机具有双通道逻辑结构，但是，现有的单板实现二取二逻辑，一般通过分立的CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)辅以FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)结构实现，使用的元器件数量庞大，导致安全计算机体积庞大，一般多为6U(此处的U为一种描述计算机、服务器板卡高度的单位，1U＝4.445厘米)物理结构，很少能以标准3U物理结构实现，以至于安全计算机在地铁等安装空间极小的应用场景受限。

实用新型内容

本申请提供了一种安全计算机，能够实现体积尽量小的二取二安全计算机架构。

本发明实施例提供了一种安全计算机，所述安全计算机包括两个或两个以上的通道，所述两个或两个以上的通道构成安全比较结构，其中：

每个通道分别包括一个中央处理器CPU和一个现场可编程门阵列FPGA，每个通道上的CPU和FPGA集成在一个芯片上。

在一种示例性实施例中，所述通道为两个，包括第一逻辑通道和第二逻辑通道，所述第一逻辑通道和第二逻辑通道构成的安全比较结构为二取二结构，其中：

所述第一逻辑通道包括集成在第一SoC芯片上的第一CPU和第一FPGA，所述第二逻辑通道包括集成在第二SoC芯片上的第二CPU和第二FPGA，所述第一SoC芯片和所述第二SoC芯片集成在一块单板上。

在一种示例性实施例中，所述安全计算机还包括一个分别与所述第一逻辑通道和所述第二逻辑通道的CPU数字量输出接口相连接的安全表决器，所述安全表决器在所述第一逻辑通道和第二逻辑通道输出的命令一致时打开。

在一种示例性实施例中，所述安全表决器还包括一个自锁电路，所述自锁电路控制所述CPU数字量输出接口到所述安全表决器路径的开断。

在一种示例性实施例中，所述每个通道还分别包括与本通道的所述FPGA的第一外设接口相连接的8*n位通用扩展接口，每个所述通用扩展接口分别通过一个或多个高速缓冲器驱动，其中，*为乘号，n为自然数。

在一种示例性实施例中，所述每个通道还分别包括与本通道的所述FPGA的第二外设接口相连接的一路或多路多点低压差分信号MLVDS接口，和与所述FPGA的第三外设接口相连接的一路或多路隔离低压差分信号LVDS接口。

与相关技术相比，本申请的安全计算机，通过将每个通道上的CPU和FPGA集成在一个芯片上，使用新型高集成度元器件，实现了体积尽量小的二取二安全计算机架构，满足了小空间安全系统的应用场景。