[发明专利]具有安全等级设计的TCMS-MPU控制单元

说明书

本发明涉及TCMS‑MPU控制单元，具体为具有安全等级设计的TCMS‑MPU控制单元。解决现有TCMS‑MPU控制单元的安全可靠性有待提高的现状。具有安全等级设计的TCMS‑MPU控制单元，包括电源板卡、主控板卡、网络板卡、背板；主控板卡、网络板卡之间通过背板上的CPCI板级总线，进行数据交互；电源板卡通过背板对主控板卡和网络板卡供电；安全设计包括主控板卡的MCU1功能模块对其主处理器CPU进行实时监视，和网络板卡的CPLD功能模块对网络板卡的执行情况进行监视；本发明TCMS‑MPU控制单元满足EN50126、EN50129的要求，提高了控制单元的安全等级，并通过安全回路设计相同的主控MPU1和从控MPU2实现双MPU热备冗余控制。

技术领域

本发明涉及TCMS-MPU控制单元，具体为具有安全等级设计的TCMS-MPU控制单元。

背景技术

TCMS（列车控制和管理系统，Train Control and Management System）由通信、控制、人机接口等装置和配套的电缆、连接器构成，如图1所示。

TCMS采用基于IEC 61375标准的TCN总线，由列车总线WTB和车辆总线MVB二级总线组成，是实现机车的控制、监视和诊断的车载微机控制系统。中央控制单元MPU是TCMS核心部件，承载整车控制功能的实现，完成整个网络的总线管理和机车逻辑控制。TCMS-MPU控制单元是整车TCMS网络控制系统的核心部件，属于MVB 4类设备，通过MVB总线与整车各个子系统进行数据交互，实现整车网络总线管理、机车运行控制及故障保护控制等功能。

由于我国铁路事业的发展态势迅猛，大量的信号用于车辆控制，这对信号的安全可靠性提出了更严格的要求，现有TCMS-MPU控制单元的安全可靠性有待提高。EN50126、EN50129系列标准是国际公认的以计算机控制的信号系统作为对象的铁道信号标准。将该标准的思想融入MPU设计，将大幅度提升TCMS-MPU控制单元的可靠性及安全性。

发明内容

本发明针对现有TCMS-MPU控制单元的安全可靠性有待提高的现状，提供一种具有安全等级设计的TCMS-MPU控制单元。该TCMS-MPU控制单元依据EN50126、EN50129系列标准，以提高安全等级；并进一步设计有热备冗余功能的MPU，即在当主控MPU出现故障时，从控MPU自动升级为主控设备，接管整车网络总线管理工作，从而保证整车继续安全运行。

本发明是采用如下技术方案实现的：具有安全等级设计的TCMS-MPU控制单元，包括电源板卡、主控板卡MCPU、网络板卡NET1、背板；主控板卡MCPU、网络板卡NET1之间通过背板上的CPCI板级总线，进行数据交互；电源板卡通过背板对主控板卡MCPU和网络板卡NET1供电；

主控板卡MCPU包括主处理器CPU、MCU1功能模块；

网络板卡NET1包括FPGA功能模块、CPLD功能模块、MCU2功能模块；MCU2功能模块有两个：MCU2.1功能模块和MCU2.2功能模块；

安全设计包括主控板卡MCPU的MCU1功能模块对其主处理器CPU进行实时监视，和网络板卡NET1的CPLD功能模块对网络板卡NET1的执行情况进行监视；

主控板卡MCPU的MCU1功能模块对其主处理器CPU进行实时监视：

1）CPU温度检测：MCU1通过CPU附近的温度传感器获取CPU温度，通过IIC总线发送给CPU，CPU提供温度控制逻辑，在控制逻辑中判断温度大于70℃时， CPU应用层整车控制逻辑产生故障并进行故障保护处理；

2）CPU心跳检测：MCU1开启硬件看门狗，CPU周期性喂狗，当CPU异常，喂狗中断；CPU喂狗中断时，MCU1通过硬件看门狗复位CPU；